技术领域
[0001] 本
发明涉及计算机技术领域，特别是涉及一种相干脉冲激光测距的方法、相关装置及计算机可读存储介质。
背景技术
[0002] 脉冲激光测距法由于激光的发散
角小，激光
脉冲持续时间极短，瞬时功率极大(可达兆瓦以上)，因而可使激光测距系统具有方向性好，测距
精度高测程远，抗干扰能
力强，隐蔽性好等优点，从而得到广泛的应用。
[0003] 脉冲激光测距法有以下几项优点：
[0004] 第一，在相同的总平均光功率输出条件下，脉冲光波型激光测距仪可测量的距离远比连续光波型激光测距仪要长；
[0005] 第二，测距速度较快；
[0006] 第三，不需要合作目标，隐蔽性和安全性好。
[0007] 激光相干测距中，为了能够测量较远的距离信息，通常采用的脉冲宽度在 us量级，相比直接探测ns量级的脉冲宽度而言，其测距精度会减小。
发明内容
[0008] 本发明提供了一种相干脉冲激光测距的方法、相关装置及计算机可读存储介质，以解决
现有技术中ns量级的脉冲激光测距精度较低的问题。
[0009] 第一方面，本发明提供了一种相干脉冲激光测距的方法，该方法包括：
[0010] 对激光
种子源进行斩波、
频率调制和放大处理，并将处理后的激光
信号发射到待测目标；
[0011] 将经过待测目标返回的激光回波信号与
本振光信号在
混频器进行混频，得到混频光信号，并对所述混频信号进行互相关解调，将解调后信号最大值出现的时间点记为目标信号时间；
[0012] 根据所述目标信号时间进行激光测距计算；
[0013] 优选地，对激光种子源进行斩波、频率调制和放大处理，包括：
[0014] 对所述激光种子源进行斩波，得到脉冲激光信号；
[0015] 产生一个预定频率和预定幅度的正弦信号，所述正弦信号的长度为激光脉冲宽度，预定频率为激光调制频率，并使所述正弦信号每个周期的
相位按照预设的方式变化，最终得到调制信号；
[0016] 将所述调制信号加载到脉冲激光信号上，再对该脉冲激光信号进行放大处理。
[0017] 优选地，所述调制信号的二相调制值为169位。
[0018] 优选地，所述二相调制值位为[1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1 1 11 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1 -1 -1 -1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 -1 -1 -1 -1 -
1 1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 1 1 1 1 1 -1-1 1 1 -1 1 -1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -
1 1-1 -1 -1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 -1 1-1 1 -1 -1 -1 -
1 -1 1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1]
[0019] 优选地，所述调制信号的频率与
调制器的带宽相匹配，且所述调制信号的幅度V满足调制器正常工作的范围。
[0020] 优选地，对所述混频信号进行互相关解调，将解调后信号最大值出现的时间点记为目标信号时间，包括：
[0021] 将混频光信号变成混频
电信号，对此混频电信号放大；
[0022] 对放大后的混频电信号进行实时采集，采集的触发时序和激光发光时刻同步，每次分析一次触发后采集的电信号，将二相调制的正弦信号和采集电信号做互相关运算，得到最大值时作为对应的目标信号时间。
[0023] 优选地，对放大后的混频电信号进行实时采集，采集的触发时序和激光发光时刻同步，每次分析一次触发后采集的电信号，将二相调制的正弦信号和采集电信号做互相关运算，得到最大值时作为对应的目标信号时间，包括：
[0024] 将加载有二相调制的正弦信号进行数字化
采样，
采样频率和对混频信号采样频率值相同，得到一个离散化的一维矩阵值，该矩阵值表示采样信号的幅度值，两个采样值之间的时间间隔表示采样周期；
[0025] 将处理得到的采样信号的幅度值的一维矩阵进行左右翻转，得到新的一维矩阵；
[0026] 将新的一维矩阵和混频电信号进行卷积运算，得出值最大时对应的序列号 N，根据序列号可得到目标信号时间N/fs，其中，fs为采样率。
[0027] 第二方面，本发明提供了一种相干脉冲激光测距的装置，该装置包括：
[0028] 二相调制单元，用于对激光种子源进行斩波、频率调制和放大处理，并将处理后的激光信号发射到待测目标；
[0029] 处理单元，用于将经过待测目标返回的激光回波信号与本振光信号在混频器进行混频，得到混频光信号，并对所述混频信号进行互相关解调，将解调后信号最大值出现的时间点记为目标信号时间；
[0030] 计算单元，用于根据所述目标信号时间进行激光测距计算。
[0031] 第三方面，本发明提供了一种相干脉冲激光测距系统，所述系统包括处理器及存储装置，所述存储装置内存储有多个指令以实现相干脉冲激光测距的方法，所述处理器执行所述多个指令以实现：
[0032] 对激光种子源进行斩波、频率调制和放大处理，并将处理后的激光信号发射到待测目标；
[0033] 将经过待测目标返回的激光回波信号与本振光信号在混频器进行混频，得到混频光信号，并对所述混频信号进行互相关解调，将解调后信号最大值出现的时间点记为目标信号时间；
[0034] 根据所述目标信号时间进行激光测距计算。
[0035] 第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有信号映射的
计算机程序，所述计算机程序被至少一个处理器执行时，以实现上述任一种所述的相干脉冲激光测距的方法。
[0036] 本发明有益效果如下：
[0037] 本发明通过对激光种子信号进行频率调制，并将待测目标返回后的激光回波信号与本振光信号在混频器进行混频，通过对接收的混频信号进行互相关解调，将解调后信号最大值出现的时间点记为目标信号时间，从而进行激光测距计算。也就是说，本发明通过对激光发射信号进行二相调制，并对接收到的混频信号进行互相关解调，从而得到目标信号时间，进而提高了相干脉冲激光测距精度。
附图说明
[0038] 图1是本发明第一
实施例提供的一种相干脉冲激光测距的方法的流程示意图；
[0039] 图2是本发明第一实施例提供的种子
光源的信号示意图；
[0040] 图3是本发明第一实施例提供的二相调制图；
[0041] 图4是本发明第一实施例提供的将二相调制加载在种子光源的正弦信号上的示意图；
[0042] 图5是本发明第一实施例提供的三个周期的信号的示意图；
[0043] 图6是本发明第一实施例提供的幅值最大点示意图；
[0044] 图7是本发明第二实施例提供的一种相干脉冲激光测距的装置的结构示意图。
具体实施方式
[0045] 为了解决现有的ns量级的脉冲激光测距精度较低的问题，本发明提供了一种相干脉冲激光测距的方法，本发明通过对激光种子信号进行二相调制，并对接收到的混频信号进行互相关解调，得到目标信号时间，从而提高了相干脉冲激光测距精度。以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
[0046] 本发明第一实施例提供了一种相干脉冲激光测距的方法，参见图1，该方法包括：
[0047] S101、对激光种子源进行斩波、频率调制和放大处理，并将处理后的激光信号发射到待测目标；
[0048] S102、将经过待测目标返回的激光回波信号与本振光信号在混频器进行混频，得到混频光信号，并对所述混频信号进行互相关解调，将解调后信号最大值出现的时间点记为目标信号时间；
[0049] S103、根据所述目标信号时间进行激光测距计算。
[0050] 本发明通过对激光发射信号进行频率调制，并对接收到的混频信号进行互相关解调，从而得到目标信号时间，进而提高了相干脉冲激光测距精度。
[0051] 需要说明的是，本发明实施例的本振光信号是从激光种子源中分离出来的一部分激光信号。
[0052] 脉冲激光测距系统的原理与
微波脉冲雷达测距原理相似，在测距点向被测目标发射激光脉冲，激光脉冲发射到目标后一小部分激光反射到测距点被
光探测器接收器接收。设目标距离为R，激光脉冲往返经过的时间为t，光在空气中传播的速度为c，则测距公式如下：R＝ct/2。
[0053] 现有的脉冲激光测距法一般采用直接接收的方式。激光直接接收的探测器将照到其光敏面上的光功率转化为随时间变化的光
电流或光功率，通过探测激光回波信号的幅值来判定是否有回波信号。为了提高作用距离，一般通过对激光发射源提高
峰值功率，减小脉冲宽度。但是激光发射源的峰值功率的提高是有限制的，而且随着峰值功率的提高，相应的激光发射源的功耗、体积、冷却装置都会很大，从而导致无法满足实际应用场景的使用。
[0054] 为了解决这个问题，本发明通过在接收方式上采用相干外差接收。将含有噪声的微弱电信号与另一路参考电信号混合起来，进行相关积分，利用有效信号与噪声的不相关性消除噪声，将有效信号检测出来。针对这种探测方式，提高作用距离可以通过增大激光
能量的方法，即增大脉冲宽度，也适当提高峰值功率，这样就能在
激光器的
平均功率比较小的情况下，作用距离较远。这种情况下激光器的功耗和体积都比较小。
[0055] 但是在增大脉冲宽度的情况下，如果采用常规的处理方法，测距精度会比较低。为了提高测距精度，本发明通过对激光发射信号进行一种改进的调制，即，对激光发射脉冲信号进行改进的二相调制，同时对接收的混频信号进行互相关解调，解调后信号最大值出现的时间点即为目标信号时间。
[0056] 具体来说，本发明实施例中，对激光种子源进行斩波、频率调制和放大处理，包括：
[0057] 对所述激光种子源进行斩波，得到脉冲激光信号；
[0058] 产生一个预定频率和预定幅度的正弦信号，所述正弦信号的长度为激光脉冲宽度，预定频率为激光调制频率，并使所述正弦信号每个周期的相位按照预设的二相调制方式变化，最终得到调制信号；
[0059] 将所述调制信号加载到脉冲激光信号上，再对该脉冲激光信号进行放大处理。
[0060] 也就是说，本发明实施例需要通过调制信号对原始的激光种子源的脉冲激光信号进行增幅，从而增大脉冲宽度。
[0061] 本发明实施例中，设置调制信号的二相调制值为169位，具体设置二相调制值位为[1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1 1 1 1 1 1 -1-1 1 1 -1 1 -1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 1 1-1 1-1 1 -1 -1 -
1 -1 -1 1 1 -1 -1 1-1 1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 1 1 1 1 1 -1 -1
1 1 -1 1 -1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1 -1 -1 -1 -1 -1 1 1-1 -1 1 -1 1 -1
1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1 -1 -1 -1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 -11 -1 1]。
[0062] 总体来说，本发明实施例通过对正弦信号进行二相调制，使所述正弦信号每个周期的相位按照预设的方式变化。
[0063] 需要说明的是，本发明实施例中所述调制信号的频率与调制器的带宽相匹配，且所述调制信号的幅度V满足调制器正常工作的范围。
[0064] 具体实施时，本发明实施例中，对所述混频信号进行互相关解调，将解调后信号最大值出现的时间点记为目标信号时间，包括：
[0065] 将混频光信号变成混频电信号，对此混频电信号放大；
[0066] 对放大后的混频电信号进行实时采集，采集的触发时序和激光发光时刻同步，每次分析一次触发后采集的电信号，将二相调制的正弦信号和采集电信号做互相关运算，得到最大值时作为对应的目标信号时间。
[0067] 具体来说，本发明实施例是将加载有二相调制的正弦信号进行数字化采样，采样频率和对混频信号采样频率值相同，得到一个离散化的一维矩阵值，该矩阵值表示采样信号的幅度值，两个采样值之间的时间间隔表示采样周期；
[0068] 将处理得到的采样信号的幅度值的一维矩阵进行左右翻转，得到新的一维矩阵；
[0069] 将新的一维矩阵和混频电信号进行卷积运算，得出值最大时对应的序列号 N，根据序列号可得到目标信号时间N/fs，其中，fs为采样率。
[0070] 本发明实施例的核心思想就是采用一种改进的二相调制对发射脉冲信号进行调制，采用自相关法对接收的混频信号进行解调，从而大大提高了测距精度。
[0071] 本发明提出了一种提高相干脉冲激光测距精度的方法，这种方法采用改进的调频宽脉冲大能量光纤激光器作为激光源，其体积小、重量轻、功耗低。激光源与其它部件通过光纤连接，本振光为连续光，与经过目标物体反射的回波信号混频后，利用PIN型
硅光电
二极管探测混频信号，对探测到的电信号进行信号放大、滤波、互相关解调运算，然后对距离信息进行解算。
[0072] 具体方法如下：
[0073] 1)单频激光种子源被分成两路，一路本振光直接进入混频器；另外一路经过对其进行斩波、和频率调制，然后进入脉冲
光放大器，将其功率放大，然后照射到待测目标；频率调制的方法如下：
[0074] (1)首先产生一个频率为f，幅度为V(f取决于调制器的带宽，要与调制器相匹配，V的值要能够满足调制器正常工作的范围)的正弦信号，此正弦信号的长度为脉冲宽度为Tus(T为激光脉冲宽度，一般为us量级)。如图2 所示。
[0075] (2)产生改进型二相调制值，相对于传统的巴克码值最多只有13位，本发明采用的有169位，二相调制值的增加使得提取互相关解调后的时间更加精确，从而提高测量精度；此169位值位为[1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 -11 -1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1 1 1
1 1 1-1 -1 1 1 -1 1 -1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 -1
1 -1 1 -1 -1 -1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 -1 1 -1
1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 -1 1-1 1 -1 -1 -1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1 -1 -1 -1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1]，将此二相调制值加载到
正弦波的相位，使得其每个周期的相位按照以上方式变化，1对应的相位不变，-1对应相位改变180°，二相调制图如图3所示。
[0076] 如图4所示，为本发明实施例将二相调制加载在正弦信号上；
[0077] (3)以上所列举的信号是一个激光发射周期中，有信号部分的信号示意图，最终加载到调制器上的信号是一个周期性的，具体如图5所示的三个周期的信号。
[0078] (4)将调制信号输入到调制器(可以是声光调制器)，将激光发射信号按照所加载的信号上进行调制。
[0079] 2)经过待测目标返回后的激光回波信号与本振光信号在混频器进行混频，得到混频光信号，混频光信号被探测器接收；
[0080] 3)探测器将混频光信号变成混频电信号，对此混频电信号放大；
[0081] 4)对放大后的混频电信号进行实时采集，采集的触发时序和激光发光时刻同步，每次分析一次触发后采集的电信号，将改进型二相调制的正弦信号和采集电信号做互相关运算，得到最大值时做对应的时间点，具体如下：
[0082] (1)将加载有改进型二相调制的正弦信号也进行数字化采样，采样频率和对混频信号采样频率值相同，得到一个离散化的一维矩阵值，该矩阵值表示采样信号的幅度值，两个采样值之间的时间间隔表示采样周期；
[0083] (2)将上面得到的采样信号的幅度值的一维矩阵进行左右翻转，得到新的一维矩阵；
[0084] (3)将新的一维矩阵和混频电信号进行卷积运算，得出值最大时对应的序列号N，根据序列号可得到时间信息N/fs(fs为采样率)，具体如图6所示。
[0085] 5)根据得到的时间信息，依据测距公式如下：R＝ct/2得到距离信息。
[0086] 本发明第二实施例提供了一种相干脉冲激光测距的装置，参见图7，该装置包括：
[0087] 二相调制单元，用于对激光种子源进行斩波、频率调制和放大处理，并将处理后的激光信号发射到待测目标；
[0088] 处理单元，用于将经过待测目标返回的激光回波信号与本振光信号在混频器进行混频，得到混频光信号，并对所述混频信号进行互相关解调，将解调后信号最大值出现的时间点记为目标信号时间；
[0089] 计算单元，用于根据所述目标信号时间进行激光测距计算。
[0090] 本发明通过对激光种子源进行斩波、频率调制和放大处理，并对接收到的混频信号进行互相关解调，从而得到目标信号时间，进而提高了相干脉冲激光测距精度。
[0091] 为了能够在大的脉冲宽度下改善测距精度，对激光发射的激光信号进行调制，本发明采用一种改进的二相调制信号对发射脉冲信号进行调制，采用自相关法对接收的混频信号进行解调，从而大大提高了测距精度。
[0092] 具体实施，本发明实施例的二相调制单元是对所述激光种子源进行斩波，得到脉冲激光信号；产生一个预定频率和预定幅度的正弦信号，所述正弦信号的长度为激光脉冲宽度，预定频率为激光调制频率，并使所述正弦信号每个周期的相位按照预设的方式变化，最终得到调制信号；将所述调制信号加载到脉冲激光信号上，再对该脉冲激光信号进行放大处理。
[0093] 本发明实施例中，设置调制信号的二相调制值为169位，具体设置二相调制值位为[1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1 -1 -1 -1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1 -1 -1 -1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1 -1 -1-1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 1 1 1
1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1]。
[0094] 总体来说，本发明实施例对正弦信号进行二相调制，使所述正弦信号每个周期的相位按照预设的方式变化。
[0095] 需要说明的是，本发明实施例中所述调制信号的频率与调制器的带宽相匹配，且所述调制信号的幅度V满足调制器正常工作的范围。
[0096] 本发明实施例的处理单元还用于，对所述混频信号进行互相关解调，将解调后信号最大值出现的时间点记为目标信号时间，包括：
[0097] 将混频光信号变成混频电信号，对此混频电信号放大；
[0098] 对放大后的混频电信号进行实时采集，采集的触发时序和激光发光时刻同步，每次分析一次触发后采集的电信号，将二相调制的正弦信号和采集电信号做互相关运算，得到最大值时作为对应的目标信号时间。
[0099] 具体来说，本发明实施例的处理单元是将加载有二相调制的正弦信号进行数字化采样，采样频率和对混频信号采样频率值相同，得到一个离散化的一维矩阵值，该矩阵值表示采样信号的幅度值，两个采样值之间的时间间隔表示采样周期；将处理得到的采样信号的幅度值的一维矩阵进行左右翻转，得到新的一维矩阵；将新的一维矩阵和混频电信号进行卷积运算，得出值最大时对应的序列号N，根据序列号可得到目标信号时间N/fs，其中，fs为采样率。
[0100] 简单来说，本发明实施例的核心思想就是采用一种改进的二相调制信号对发射脉冲信号进行调制，采用自相关法对接收的混频信号进行解调，从而大大提高了测距精度。
[0101] 本发明实施例的相关内容可参见方法实施例部分进行理解，本发明实施例对此不作详细赘述。
[0102] 本发明第三实施例提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有相干脉冲激光测距的计算机程序，所述计算机程序被至少一个处理器执行时，以实现如下方法：
[0103] 对激光种子源进行斩波、频率调制和放大处理，并将处理后的激光信号发射到待测目标；
[0104] 将经过待测目标返回的激光回波信号与本振光信号在混频器进行混频，得到混频光信号，并对所述混频信号进行互相关解调，将解调后信号最大值出现的时间点记为目标信号时间；
[0105] 根据所述目标信号时间进行激光测距计算。
[0106] 本发明实施例的相关内容可参见方法实施例部分进行理解，本发明实施例对此不作详细赘述。
[0107] 本发明第四实施例提供了一种相干脉冲激光测距系统所述系统包括处理器及存储装置，所述存储装置内存储有多个指令以实现相干脉冲激光测距的方法，所述处理器执行所述多个指令以实现：
[0108] 对激光种子源进行斩波、频率调制和放大处理，并将处理后的激光信号发射到待测目标；
[0109] 将经过待测目标返回的激光回波信号与本振光信号在混频器进行混频，得到混频光信号，并对所述混频信号进行互相关解调，将解调后信号最大值出现的时间点记为目标信号时间；
[0110] 根据所述目标信号时间进行激光测距计算。
[0111] 本发明实施例的相关内容可参见方法实施例部分进行理解，本发明实施例对此不作详细赘述。
[0112] 尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。
