一種多發(fā)射系統(tǒng)的脈沖激光測距儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供一種多發(fā)射系統(tǒng)的脈沖激光測距儀，尤其是指一種采用多發(fā)射系統(tǒng)提高測距精度的多發(fā)射系統(tǒng)的脈沖激光測距儀。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)的多發(fā)射系統(tǒng)的脈沖激光測距儀(請參閱圖1所示)工作流程是:由MCU發(fā)出測距脈沖，脈沖在啟動激光發(fā)射電路(如激光管驅(qū)動電路驅(qū)動激光發(fā)射管)發(fā)射出激光脈沖的同時啟動高速計數(shù)器開始計數(shù)。當激光發(fā)射管發(fā)射出的激光脈沖照射到被測目標后，被反射回來進入接收系統(tǒng)，即由光電接收管接收并經(jīng)放大器放大后與一個閾值電壓進行比較，當回波信號強度高于閾值電壓時，比較器輸出高電平，形成回波脈沖，該脈沖使計數(shù)器停止計數(shù)。計數(shù)器的計數(shù)值即為激光飛行時間，由此計算出被測目標的距離。然而，在現(xiàn)有技術(shù)中，單發(fā)射系統(tǒng)的脈沖激光測距儀的測距原理(請參閱圖2所示)是:測距儀在to時刻發(fā)射激光脈沖，同時高速計數(shù)器開始計數(shù)；在tl時刻接收到目標反射回來的激光脈沖，計數(shù)器停止計數(shù)，假設計數(shù)器的計數(shù)頻率為f，計數(shù)值為N，則目標距離為:
D= (NX C)/(2 Xf)……(I) C 為光速
計數(shù)器的計數(shù)值N只能是整數(shù)，當計數(shù)頻率固定以后，測距儀的分辨率也就固定為: dD=C/ (2 Xf)......(2)
可見，要想提高分辨率就必須提高計數(shù)器頻率，由等式(2)計算可知要想獲得I米的分辨率所需的計數(shù)頻率為150MHz，要想獲得0.5米的分辨率所需的計數(shù)頻率為300MHz，高頻高穩(wěn)定振蕩器和高速計數(shù)器對于電路設計及產(chǎn)品成本都是極大的考驗。
[0003]當然，在現(xiàn)有技術(shù)中，諸多提高測距精度及其方法也存在問題，例如:一種提高測量精度的方法，見等式(2)，因為激光從發(fā)出到再次回到接收系統(tǒng)實際飛過的距離是目標距離的2倍，所以要除以2。如果能讓激光在測距儀與目標之間再多飛行一個來回，其分辨率則變?yōu)?
dD=C/ (4 Xf)......(3)
可見，分辨率提高了一倍，也就是說只需要150MHz的計數(shù)頻率就可以獲得0.5米的分辨率。請參閱圖3所示，如果開始測距時測距儀發(fā)射的測距脈沖被目標反射回接收器后不是控制計數(shù)器停止計數(shù)，而是再次觸發(fā)發(fā)射電路發(fā)射第2個測距脈沖，在第2個脈沖被反射回來后才停止計數(shù)。這樣就實現(xiàn)了激光的兩次往返從而提高分辨率。然而，采用以上方法時，脈沖激光的發(fā)射驅(qū)動電路會產(chǎn)生充電時間長無法匹配的問題。
[0004]請結(jié)合參閱圖4所示，為單發(fā)射系統(tǒng)的脈沖激光測距儀常見的單路激光管驅(qū)動電路。發(fā)射前發(fā)射高壓電源通過電阻R給儲能電容C充滿電。發(fā)射時觸發(fā)高速開關(guān)SW閉合，儲能電容通過激光管LD放電，就會在激光管中產(chǎn)生峰值達數(shù)安培的瞬間電流，從而激發(fā)激光管發(fā)出短暫的激光脈沖。然后關(guān)閉SW，等待C再次被充滿電才可發(fā)射下一個激光脈沖。一般C充電時間為數(shù)毫秒，而激光脈沖從發(fā)出到反射回來的時間只有幾十納秒到十幾微秒，要想在這么短暫的時間內(nèi)讓儲能電容充滿電是不可能的。還有增加測距測程的問題，對于傳統(tǒng)的單發(fā)射系統(tǒng)的脈沖激光測距儀要提高測程，其主要采用兩種途徑:一是利用微弱信號檢測原理從噪聲中提取真實的回波信號；二是提高接收信號的信噪比。第一種途徑實現(xiàn)起來電路比較復雜，對器件及其器件精度要求比較高；第二種途徑是提高接收信號的信噪比，主要是使用高靈敏度接收器件，目前主要采用雪崩型光電接收管；此外就是使用低噪聲放大器；還有就是提高發(fā)射功率。但對于雪崩管和低噪聲放大器各個廠家基本已經(jīng)做到了極致，已經(jīng)很難再有很大的提高。最簡單的方法就是使用更高功率的激光二極管來提高發(fā)射功率。從圖4所示的激光驅(qū)動電路來看，功率越大的激光二極管所需的驅(qū)動電流就越大，對電子開關(guān)的要求就越尚，隨著功率的提尚電子開關(guān)失效的幾率就越大。而且大功率激光二極管非常難以采購，市場上75W以下的激光二極管國內(nèi)外有很多公司在生產(chǎn)，比較容易采購，能生產(chǎn)75W以上激光二極管的公司就比較少了。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種多發(fā)射系統(tǒng)的脈沖激光測距儀。
[0006]為達成上述目的，本發(fā)明應用的技術(shù)方案是:本發(fā)明提供一種多發(fā)射系統(tǒng)的脈沖激光測距儀，其包括激光發(fā)射系統(tǒng)、光電接收系統(tǒng)、計數(shù)控制模塊、MCU處理模塊以及振蕩器，其中:激光發(fā)射系統(tǒng)至少包括兩套發(fā)射單元，兩套發(fā)射單元分別連接計數(shù)控制模塊；計數(shù)控制模塊分別連接光電接收系統(tǒng)、MCU處理模塊及振蕩器，同時光電接收系統(tǒng)也連接MCU處理模塊并包括光電接收管、放大器、比較器。
[0007]在本發(fā)明實施例中優(yōu)選，發(fā)射單元包括第一、第二套發(fā)射單元，其中:第一套發(fā)射單元包括第一驅(qū)動電路及其與之相連接的第一激光發(fā)射管，第二套發(fā)射單元包括第二驅(qū)動電路及其與之相連接的第二激光發(fā)射管，第一、第二驅(qū)動電路分別包括信號輸入端，第一、第二驅(qū)動電路信號輸入端分別與計數(shù)控制模塊相連接。
[0008]在本發(fā)明實施例中優(yōu)選，光電接收管通過放大器與比較器的正相輸入端相連接，而比較器的輸出端則與計數(shù)控制模塊相連接。
[0009]在本發(fā)明實施例中優(yōu)選，MCU處理模塊包括數(shù)據(jù)端、測距脈沖信號端以及門限電壓信號端，其中:數(shù)據(jù)端及測距脈沖信號端均連接計數(shù)控制模塊，而門限電壓信號端則與比較器的反相輸入端相連。
[0010]在本發(fā)明實施例中優(yōu)選，計數(shù)控制模塊采用CPLD模塊，其中:第一、第二套發(fā)射單元之間互為配套調(diào)整CPLD模塊中相應的邏輯控制及MCU應用。
[0011]在本發(fā)明實施例中優(yōu)選，多發(fā)射系統(tǒng)的脈沖激光測距儀的測距方法是:MCU處理模塊發(fā)出測距脈沖信號至計數(shù)控制模塊，計數(shù)控制模塊啟動邏輯控制并觸發(fā)第一驅(qū)動電路驅(qū)動第一激光發(fā)射管發(fā)射第一個激光脈沖，第一個激光脈沖被目標反射回光電接收系統(tǒng)后，計數(shù)控制模塊的控制計數(shù)器并不停止計數(shù)，而是觸發(fā)第二驅(qū)動電路驅(qū)動第二激光發(fā)射管發(fā)射第二個激光脈沖，第二個激光脈沖被目標反射回光電接收系統(tǒng)后計數(shù)器則停止計數(shù)。
[0012]在本發(fā)明實施例中優(yōu)選，多發(fā)射系統(tǒng)的脈沖激光測距儀的測距方法是:第一、第二套發(fā)射單元之間相對獨立，二者發(fā)射的時間間隔不受限制，以此實現(xiàn)對同一目標連發(fā)兩次激光脈沖，兩次發(fā)射之間的時間間隔與目標距離相關(guān)聯(lián)。
[0013]在本發(fā)明實施例中優(yōu)選，多發(fā)射系統(tǒng)的脈沖激光測距儀的增程方法是:在測量更遠距離的目標時，通過改變發(fā)射單元邏輯控制，使測距開始時直接觸發(fā)第一、第二套發(fā)射單元同時發(fā)射，藉此提高發(fā)射功率且增加測距測程。
[0014]在本發(fā)明實施例中優(yōu)選，多發(fā)射系統(tǒng)的脈沖激光測距儀的增程方法是:第一、第二套發(fā)射單元同時向同一距離目標發(fā)射信號時，反射產(chǎn)生的回波信號增強。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益的效果是:提高測距精度及增加測距測程的良好效果。
【附圖說明】
[0016]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的單發(fā)射系統(tǒng)的脈沖激光測距儀原理框圖。
[0017]圖2是現(xiàn)有技術(shù)的激光測距儀測距原理圖。
[0018]圖3是現(xiàn)有技術(shù)的連續(xù)兩次觸發(fā)提高分辨率示意圖。