一种多发射系统的脉冲激光测距仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明提供一种多发射系统的脉冲激光测距仪，尤其是指一种采用多发射系统提高测距精度的多发射系统的脉冲激光测距仪。
【背景技术】
[0002]现有技术的多发射系统的脉冲激光测距仪(请参阅图1所示)工作流程是:由MCU发出测距脉冲，脉冲在启动激光发射电路(如激光管驱动电路驱动激光发射管)发射出激光脉冲的同时启动高速计数器开始计数。当激光发射管发射出的激光脉冲照射到被测目标后，被反射回来进入接收系统，即由光电接收管接收并经放大器放大后与一个阈值电压进行比较，当回波信号强度高于阈值电压时，比较器输出高电平，形成回波脉冲，该脉冲使计数器停止计数。计数器的计数值即为激光飞行时间，由此计算出被测目标的距离。然而，在现有技术中，单发射系统的脉冲激光测距仪的测距原理(请参阅图2所示)是:测距仪在to时刻发射激光脉冲，同时高速计数器开始计数；在tl时刻接收到目标反射回来的激光脉冲，计数器停止计数，假设计数器的计数频率为f，计数值为N，则目标距离为:
D= (NX C)/(2 Xf)……(I) C 为光速
计数器的计数值N只能是整数，当计数频率固定以后，测距仪的分辨率也就固定为: dD=C/ (2 Xf)......(2)
可见，要想提高分辨率就必须提高计数器频率，由等式(2)计算可知要想获得I米的分辨率所需的计数频率为150MHz，要想获得0.5米的分辨率所需的计数频率为300MHz，高频高稳定振荡器和高速计数器对于电路设计及产品成本都是极大的考验。
[0003]当然，在现有技术中，诸多提高测距精度及其方法也存在问题，例如:一种提高测量精度的方法，见等式(2)，因为激光从发出到再次回到接收系统实际飞过的距离是目标距离的2倍，所以要除以2。如果能让激光在测距仪与目标之间再多飞行一个来回，其分辨率则变为:
dD=C/ (4 Xf)......(3)
可见，分辨率提高了一倍，也就是说只需要150MHz的计数频率就可以获得0.5米的分辨率。请参阅图3所示，如果开始测距时测距仪发射的测距脉冲被目标反射回接收器后不是控制计数器停止计数，而是再次触发发射电路发射第2个测距脉冲，在第2个脉冲被反射回来后才停止计数。这样就实现了激光的两次往返从而提高分辨率。然而，采用以上方法时，脉冲激光的发射驱动电路会产生充电时间长无法匹配的问题。
[0004]请结合参阅图4所示，为单发射系统的脉冲激光测距仪常见的单路激光管驱动电路。发射前发射高压电源通过电阻R给储能电容C充满电。发射时触发高速开关SW闭合，储能电容通过激光管LD放电，就会在激光管中产生峰值达数安培的瞬间电流，从而激发激光管发出短暂的激光脉冲。然后关闭SW，等待C再次被充满电才可发射下一个激光脉冲。一般C充电时间为数毫秒，而激光脉冲从发出到反射回来的时间只有几十纳秒到十几微秒，要想在这么短暂的时间内让储能电容充满电是不可能的。还有增加测距测程的问题，对于传统的单发射系统的脉冲激光测距仪要提高测程，其主要采用两种途径:一是利用微弱信号检测原理从噪声中提取真实的回波信号；二是提高接收信号的信噪比。第一种途径实现起来电路比较复杂，对器件及其器件精度要求比较高；第二种途径是提高接收信号的信噪比，主要是使用高灵敏度接收器件，目前主要采用雪崩型光电接收管；此外就是使用低噪声放大器；还有就是提高发射功率。但对于雪崩管和低噪声放大器各个厂家基本已经做到了极致，已经很难再有很大的提高。最简单的方法就是使用更高功率的激光二极管来提高发射功率。从图4所示的激光驱动电路来看，功率越大的激光二极管所需的驱动电流就越大，对电子开关的要求就越尚，随着功率的提尚电子开关失效的几率就越大。而且大功率激光二极管非常难以采购，市场上75W以下的激光二极管国内外有很多公司在生产，比较容易采购，能生产75W以上激光二极管的公司就比较少了。
【发明内容】
[0005]为解决上述技术问题，本发明的主要目的在于提供一种多发射系统的脉冲激光测距仪。
[0006]为达成上述目的，本发明应用的技术方案是:本发明提供一种多发射系统的脉冲激光测距仪，其包括激光发射系统、光电接收系统、计数控制模块、MCU处理模块以及振荡器，其中:激光发射系统至少包括两套发射单元，两套发射单元分别连接计数控制模块；计数控制模块分别连接光电接收系统、MCU处理模块及振荡器，同时光电接收系统也连接MCU处理模块并包括光电接收管、放大器、比较器。
[0007]在本发明实施例中优选，发射单元包括第一、第二套发射单元，其中:第一套发射单元包括第一驱动电路及其与之相连接的第一激光发射管，第二套发射单元包括第二驱动电路及其与之相连接的第二激光发射管，第一、第二驱动电路分别包括信号输入端，第一、第二驱动电路信号输入端分别与计数控制模块相连接。
[0008]在本发明实施例中优选，光电接收管通过放大器与比较器的正相输入端相连接，而比较器的输出端则与计数控制模块相连接。
[0009]在本发明实施例中优选，MCU处理模块包括数据端、测距脉冲信号端以及门限电压信号端，其中:数据端及测距脉冲信号端均连接计数控制模块，而门限电压信号端则与比较器的反相输入端相连。
[0010]在本发明实施例中优选，计数控制模块采用CPLD模块，其中:第一、第二套发射单元之间互为配套调整CPLD模块中相应的逻辑控制及MCU应用。
[0011]在本发明实施例中优选，多发射系统的脉冲激光测距仪的测距方法是:MCU处理模块发出测距脉冲信号至计数控制模块，计数控制模块启动逻辑控制并触发第一驱动电路驱动第一激光发射管发射第一个激光脉冲，第一个激光脉冲被目标反射回光电接收系统后，计数控制模块的控制计数器并不停止计数，而是触发第二驱动电路驱动第二激光发射管发射第二个激光脉冲，第二个激光脉冲被目标反射回光电接收系统后计数器则停止计数。
[0012]在本发明实施例中优选，多发射系统的脉冲激光测距仪的测距方法是:第一、第二套发射单元之间相对独立，二者发射的时间间隔不受限制，以此实现对同一目标连发两次激光脉冲，两次发射之间的时间间隔与目标距离相关联。
[0013]在本发明实施例中优选，多发射系统的脉冲激光测距仪的增程方法是:在测量更远距离的目标时，通过改变发射单元逻辑控制，使测距开始时直接触发第一、第二套发射单元同时发射，藉此提高发射功率且增加测距测程。
[0014]在本发明实施例中优选，多发射系统的脉冲激光测距仪的增程方法是:第一、第二套发射单元同时向同一距离目标发射信号时，反射产生的回波信号增强。
[0015]本发明与现有技术相比，其有益的效果是:提高测距精度及增加测距测程的良好效果。
【附图说明】
[0016]图1是现有技术的单发射系统的脉冲激光测距仪原理框图。
[0017]图2是现有技术的激光测距仪测距原理图。
[0018]图3是现有技术的连续两次触发提高分辨率示意图。