一种激光测距的校准方法及装置与流程

本发明属于光电测距领域，特别涉及一种激光测距的校准方法及装置。

背景技术：

随着激光测距技术的发展，掌上型距离测量装置已在短距离测量中得到广泛应用。其测量基于测相位差原理，利用调制的激光光束照射被测目标，激光光束经被测目标反射后折回，将激光光束往返过程产生的相位变化换算成被测目标的距离，目前一般采用内外光路的相位差补偿原理消除电路系统的附加相移，确保测量数据不受外界环境因素影响。

目前在实际测量时，发射端通过多次操作，逐一发射波长等数倍递减的多条光束，即采用多把测量尺来实现粗测、中测和精测，从而得到最终的测量结果；在每种波长的光束发射过程中，均实现一次内外光路的转换，就得到的两个结果进行相位比较，完成该把测量尺的校准，通过多次转换后，即可得到准确的测量结果。然而在实际的操作中，存在以下两个问题：

（1）由于不停的在内外光路中进行转换，每次转换完成后，需对系统稳定进行等待；

（2）为完成校准，需保证进入内光路和外光路的光波的初始相位相同，现有技术中，通过等周期切换来实现这一目的，这就增加了额外的等待时间；

上述两个问题，使得整个操作过程时间较长，用户体验度差。

鉴于上述现有的测距装置存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种激光测距的校准方法及装置，使其更具有实用性。

技术实现要素：

本发明中提供了一种激光测距的校准方法及装置，通过增设一混频装置，达到切换频点时记录并排除初始相位信息的目的，极大的减少了系统在切换内外光路时激光发射器件对电路系统带来的冲击响应，并有效的大幅度减少测量时间，增加了系统稳定性，适合于系统在高速、高精度测量中的应用。

本发明采取的技术方案为：一种激光测距的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、发射RF高频信号和LO本振信号；RF高频信号中的一路通过外光路或内光路后与LO本振信号进行混频，另一路则直接与LO本振信号进行混频；

B、两路信号的混频同步进行，其中，通过内光路或外光路的混频信号包含RF高频信号和LO本振信号的初始相位信息和相移信息，另一路信号包含RF高频信号和LO本振信号的初始相位信息；

C、对步骤B中的两路混频信号进行处理，排除初始相位信息，得到包含相移信息的信号；

D、对内外光路进行切换后，重复步骤A~C；

E、对步骤C和D的结果进行比较，得到相位差，并将相位差转换成距离后输出测量结果。

进一步地，步骤D中切换通过电性控制或机械控制实现。

进一步地，步骤C中的信号处理包括信号的放大。

进一步地，通过外光路或内光路的RF高频信号经过光电转换。

一种激光测距的校准装置，其特征在于，包括：

发射装置，包括RF高频信号发射端和LO本振信号发射端；

第一混频装置，通过两个端口分别与发射装置的RF高频信号发射端和LO本振信号发射端连接；

第二混频装置，通过两个端口分别与内光路和外光路的输出端和发射装置的LO本振信号发射端连接，其中内光路和外光路的输入端分别与发射装置的RF高频信号发射端连接；

控制端，其输入端分别与第一混频装置和第二混频装置的输出端连接，并输出测量结果。

进一步地，该装置还包括放大装置，用于对混频后的信号进行放大，并输送至控制端。

进一步地，第一混频装置为电子混频器。

进一步地，第二混频装置为光电转换装置。

进一步地，发射装置包括两振荡器，分别用于发射RF高频信号和LO本振信号。

采用了上述技术方案后，本发明具有以下的有益效果：

通过设置两个混频装置并行工作，并通过控制端对两混频装置的输出信号进行相减，达到切换频点且排除发射端初始相位信息的目的，解决了在激光测距中因信号初始相位不同而频繁切换内外光路所带来的问题，提高了测量的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种距离测量装置的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明实施例采用递进的方式撰写。

一种激光测距的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、发射RF高频信号和LO本振信号；RF高频信号中的一路通过光电转换后，由电信号转变为光信号，通过外光路或内光路反射，反射后再通过光电转换，由光信号转变为电信号后与LO本振信号进行混频，另一路则直接与LO本振信号进行混频；

B、两路信号的混频同步进行，其中，通过内光路或外光路的混频信号为包含RF高频信号和LO本振信号的初始相位信息和相移信息的光电混频信号，另一路信号为包含RF高频信号和LO本振信号的初始相位信息的电子混频信号；

C、对步骤B中的两路混频信号进行放大后，采用相减的方式排除初始相位信息，得到包含相移信息的信号；

D、对内外光路进行切换后，重复步骤A~C；

E、对步骤C和D的结果进行比较，得到相位差，并将相位差转换成距离后输出测量结果。

上述过程中，可在内光路或外光路内所有波长的测量尺测量完成后，再切换光路，减少了由于不停的在内外光路中进行切换来完成同波长的测量尺相位比较时所需的系统稳定时间；因为排除了初始相位信息，使得测量过程不再受到初始相位不同的困扰，则无需通过等周期的方式来获得相同的初始相位。

本实施例中，通过机械控制方式实现内外光路的转换。

本实施例中的激光测距的校准装置，如图1所示，包括：

发射装置，包括振荡器和两光波发射装置，振荡器包括RF高频信号发射端和LO本振信号发射端，振荡器所产生的RF高频信号中的一路在分别通过第一光波发射装置或第二光波发射装置后，将电信号转换为光信号后，经过内光路或外光路到达混频装置；

电子混频器作为第一混频装置，通过两个端口分别与振荡器的RF高频信号发射端和LO本振信号发射端连接；

光电转换装置作为第二混频装置，通过两个端口分别与内光路和外光路的输出端和所述发射装置的LO本振信号发射端连接，其中内光路和外光路的输入端分别与振荡器的RF高频信号发射端连接；

电子混频器和光电转换装置的信号输出端分别与放大装置连接，放大装置的输出端与控制端连接，由控制端进行相位比较后输出测量结果。

本实施例中控制端为鉴相器，接收两组信号后进行相位比较，输出消除基底的相位差信号；光电转换装置可以为光电二极管、光电三极管、APD、光电倍增管等，电子混频器可以为光电二极管、光电三极管、APD、光电倍增管等具有混频功能的装置。

在测量中，内外光路中每种波长的信号均作为一把测量尺，每把测量尺所测得的值中，整周期部分被忽略，剩余的部分作为后续比较的依据，原有的校准方法中，通过等周期切换来保证进入内光路和外光路的光波的初始相位相同，从而实现相位的比较，本实施例通过设置电子混频器与光电转换装置并行工作，并通过鉴相器对光电转换装置和电子混频器所发出的信号进行相减，达到切换频点且排除发射端初始相位信息的目的，这使得任意初始相位的信号的初始相位信息均得到保留，并通过相减的方式实现初始相位的归零，减少了为实现等周期这一目的所消耗的等待时间，且通过这样的方法不需要对同一把测量尺均实现一次内外光路的转换，可将不同频率的内光路和外光路信号一次性发射完成后再进行切换，这个过程减少了由于不停的在内外光路中进行切换所需的系统稳定时间。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。