] 其中万表示本方法所计算的目标距离。
[0146] 步骤6、将小数周期和周期数之差代入距离表达式中以直接计算出目标距离。距离 表达式的各项系数alt与blt (i，te{1，2, . . .，k})是由最小二乘法求解出的常数系数，其值 只与调制波个数以及各调制波的波长相关。由于在设计测距系统时，调制波个数和各调制 波的波长都是预先确定好的，因此可以预先计算出距离表达式的系数，编程时直接以数值 代入。此时，只需要代入小数周期和周期数之差即可直接计算出目标距离。
[0147] 对该模型进行500次仿真试验，由于模型给小数周期添加了一个随机误差，因此 500次的仿真试验中，每次试验小数周期的误差都是不一样的，相应的测量结果也是不一样 的。图3~图6分别显示了 500次仿真试验求得的&~^值，图7显示了 500次仿真试验 求得的目标距离。模型中目标的实际距离是33. 462m，因此4个调制波的实际周期数应当是 66,67,69,70。如图3~图6所示，500次的仿真结果中，&始终在66附近，N2始终在67附 近，N3始终在69附近，N4始终在70附近，四舍五入后，500次的N3吉果均为66,N2结果均为 67,队结果均为69,N4结果均为70,与实际的周期数是完全一致的，图7显示的500次距离 结果也都位于实际距离33. 462m的附近。仿真结果表明：在较大的测相误差下，本发明介绍 的解模糊方法仍然能够准确解模糊。由于调制波的波长是预先确定好的，因此距离表达式 的各项系数也就确定好了，在求解时无需进行搜索，直接代入小数周期和周期数之差即可 直接计算出目标距离。这表明了本方法避免了对最优解的搜索，同时提高了解模糊对测相 误差的容忍度，能够满足解模糊精度与速度的双重要求。
[0148] 本发明提供了一种相位式激光测距方法，具体实现该技术方案的方法和途径很 多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来 说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为 本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
【主权项】
1. 一种相位式激光测距方法，其特征在于，包括W下步骤： 步骤1，计算目标的近似距离：根据不同频率调制波往返待测距离一次所产生的视在 相差，建立激光测距方程，采用差频测相算法计算出目标的近似距离； 步骤2,确定周期数之差：根据目标的近似距离，求解出不同频率调制波之间的周期数 之差； 步骤3,周期数之差取整：对周期数之差进行四舍五入取整操作； 步骤4,构建超定线性方程组：将周期数之差公式与激光测距方程组合在一起形成一 组W待测距离与周期数为未知数的超定线性方程组； 步骤5,确定距离表达式：采用最小二乘法求解超定线性方程组，获得最终的距离表达 式； 步骤6,计算目标距离：代入周期数之差与视在相差，通过最终的距离表达式求解待测 距离。2. 根据权利要求1所述的一种相位式激光测距方法，其特征在于，步骤1包括： 向测距系统中输入k组调制频率，频率值分别为fi，f2,…，fk，相应的波长分别为 入1，^2,…，调制波往返待测距离一次会产生一个相位差，如下式所示： 索= 2N,冗+化， 其中iG{1，2,...，k}，表示调制波的序号，d)i、Ni与转分别表示频率为的调制波的 相位差、周期数与视在相差，将视在相差巧进行归一化，换算成小数周期ni:利用调制波的相位差41换算出待测距离D，建立如下激光测距方程求解待测距离D:其中A1表示频率为f1的调制波的波长，对于调制波个数为k的测距系统，建立两个W上的激光测距方程，形成激光测距方程组：在k组不同频率的调制波产生的多组差频频率值中，查找任意两个频率fy和频率fy相 差后最小的差频频率值Afyy,此时该差频频率值Afyy对应的不模糊距离最大，根据差频测 相原理，通过如下公式求解近似距离值Dyy:其中AX与Hx分别表示频率为fX的调制波的波长与小数周期，^y与Dy分别表示频率 为fy的调制波的波长与小数周期。3. 根据权利要求2所述的一种相位式激光测距方法，其特征在于，步骤2包括：通过如 下公式求取任意两组调制波的周期数之差Pgh:其中g，hG{1，2,. . .，k}，g声h，fg与f康示k组调制频率中任意两组频率，Ag、Ng与n,分别表示频率为fg的调制波的波长、整数周期与小数周期，A4、Nh与Hh分别表示频率为 fh的调制波的波长、整数周期与小数周期，Pgh表示两调制波的周期数之差，将近似距离Dyy 替代待测距离D并代入上式，变换后得到如下调制波之间的周期数之差公式：4. 根据权利要求3所述的一种相位式激光测距方法，其特征在于，步骤3中，取整表达 式为： Qgh=[Pgh] =Ng-Nh, 其中Qgh表示取整后的周期数之差，□表示四舍五入取整。5. 根据权利要求4所述的一种相位式激光测距方法，其特征在于，步骤4包括：将周期 数之差公式与激光测距方程变换后并组合在一起形成一组W待测距离D与周期数Ni,成，… ，Nk为未知数的超定线性方程组：其中qi2,恥，...，Qik分别表示周期数Ni与Ns, . . .，Nk的差，将该超定线性方程组表示为 如下矩阵形式： AX=Y, 其中X表示由待测距离D与周期数Ni,啦...，Nk组成的超定线性方程组的未知数矩 阵： X=Q)，Ni，N2，...，Nk]T， 其中T表示矩阵转置， Y表示由小数周期ni，山，...，邮与各频率周期数之差q12,Qi3, . . .，Qik组成的超定线性 方程组的常量矩阵： Y _ [Hi,叫，...，而，Qi2, Qi3, ? ? ? , Qlk]， A表示由各调制波的波长Al,A2，...，入k组成的超定线性方程组的传递函数矩阵：6.根据权利要求5所述的一种相位式激光测距方法，其特征在于，步骤5包括如下步 骤： 步骤1-1，求解超定线性方程组：由于超定线性方程组的传递函数矩阵A是列满秩的， 因此方程存在唯一最小二乘解，其最小二乘解表达式为： X= (A^A) ； 步骤1-2,对周期数Ni,啦...，Nk取整，展开最小二乘解表达式，获得任意周期数N1的 表达式：其中k表示调制波个数，ait与bIt是由最小二乘法求解出的常数系数，然后对周期数四 舍五入取整：其中□表示四舍五入取整； 步骤1-3,获取距离表达式：将取整后的周期数代入激光测距方程，求得各个等式所对 应的距离，将获得的距离进行平均W获得最终的距离表达式：其中友表示要求取的目标距离。
【专利摘要】本发明提供了一种相位式激光测距方法：首先计算目标的近似距离，根据各调制波的视在相差利用差频测相法计算出近似距离；确定周期数之差，根据近似距离利用激光测距方程求解不同频率调制波的周期数之差；周期数之差取整，测距系统不可避免地存在测相误差，周期数之差需要四舍五入取整；构建超定线性方程组，将周期数之差与激光测距方程组合形成超定线性方程组；确定距离表达式，利用最小二乘法求解超定线性方程组，获取最终距离表达式；计算目标距离，在距离表达式中代入小数周期和周期数之差直接计算目标距离。本方法避免了对最优解的搜索，同时提高了解模糊对测相误差的容忍度，能够满足解模糊精度与速度的双重要求。
【IPC分类】G01S17/36, G01S17/08
【公开号】CN105372668
【申请号】CN201510784616
【发明人】乐意, 杨俊峰, 李煜祺, 王德泉, 凌云, 杜思良, 刘花云, 王红阳, 张原 , 刘玉, 戴伟
【申请人】中国电子科技集团公司第二十八研究所
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年11月16日