相位式激光定时自动测距系统及测距方法
【专利摘要】本发明提供一种相位式激光定时自动测距系统。该相位式激光定时自动测距系统至少包括：用于向待测目标发射经调制的激光信号及接收由待测目标反射回的回波信号的激光发射接收单元；与激光发射接收单元相连接、且用于同步采样激光发射接收单元输出的与调制的激光信号相关联的基准信号及与所述回波信号相关联的被测信号的数据采样单元；与数据采样单元相连接、且用于定时输出控制信号来控制所述数据采样单元采样的开始的定时控制单元；与所述数据采样单元相连接、且用于对所述数据采样单元输出的数据进行分析后输出待测目标的距离信息的数据分析单元。本发明的优点包括：能实现对待测目标的定时测距，进而可了解待测目标的移动速度等信息。
【专利说明】相位式激光定时自动测距系统及测距方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光测距领域，特别是涉及一种相位式激光定时自动测距系统及测距方法。
【背景技术】
[0002]随着半导体激光器、电子技术、数字信号处理和精密机械等领域技术的飞跃发展，激光测距向着高精度、高速和数字化的方向不断进步。激光测距是利用激光的单色性和相干性好、方向性强等特点，来实现高精度的计量和检测，如测量长度、距离、速度、角度等等。激光测距在技术途径上可分为脉冲式和相位式。其中，相位式激光测距利用发射的调制光和被测目标反射的接收光的光强之间的相位差包含的距离信息来实现对被测目标距离的测量，由于采用调制和差频测相等技术，具有测量精度高的优点，广泛用于有合作目标的精密测距场合。目前，基于相位式激光测距仪一般都是针对安装在固定处的目标进行测距，缺乏对移动目标进行测距的激光测距仪。同时，现有的激光测距仪系统复杂、成本昂贵。
【发明内容】
[0003]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种相位式激光定时自动测距系统及测距方法，以实现对待测目标的定时测距，进而确定待测目标的移动速度信息。
[0004]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种相位式激光定时自动测距系统，其至少包括:
[0005]用于向待测目标发射经调制的激光信号及接收由所述待测目标反射回的回波信号的激光发射接收单元；
[0006]与所述激光发射接收单元相连接、且用于同步采样所述激光发射接收单元输出的与调制的激光信号相关联的基准信号及与所述回波信号相关联的被测信号的数据采样单元;
[0007]与所述数据采样单元相连接、且用于定时输出控制信号来控制所述数据采样单元采样的开始的定时控制单元；
[0008]与所述数据采样单元相连接、且用于对所述数据采样单元输出的数据进行分析后输出待测目标的距离信息的数据分析单元。
[0009]优选地，所述相位式激光定时自动测距系统还包括:与所述数据采样单元相连接、且用于控制所述数据采样单元的采样参数的采样参数控制单元。
[0010]优选地,所述定时控制单元、所述数据分析单元与采样参数控制单元基于计算机来实现。
[0011]优选地，所述计算机通过USB接口与所述数据采样单元连接。
[0012]优选地，所述数据采样单元包括可编程芯片。
[0013]优选地，所述数据采样单元包括基于AD9238芯片形成的模数转换单元。
[0014]本发明还提供一种相位式激光定时自动测距方法，其至少包括:
[0015]I)系统上电后，定时控制单元向数据采集单元发送起始控制信号，采样参数控制单元将用户输入的采样参数提供至所述数据采集单元；
[0016]2)所述数据采集单元基于所述采样参数中的采样频率及采样时钟开始同步采集激光发射接收单元输出的基准信号与被测信号；
[0017]3)当所采集的数据的点数与所述采样参数中的连续采样点数相同时，所述数据采集单元暂停数据采集；
[0018]4)当所述数据采集单元再次接收到来自所述定时控制单元的起始控制信号时，重复步骤2)及3)；
[0019]5)数据分析单元对来自数据采集单元的多次数据进行鉴相及预定运算来确定待测目标的移动距离。
[0020]如上所述，本发明的相位式激光定时自动测距系统及测距方法，具有以下有益效果:能实现对待测目标的定时测距，进而确定待测目标的移动速度等信息。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1显示为本发明的相位式激光定时自动测距系统示意图。
[0022]图2显示为本发明的相位式激光定时自动测距系统的一种优选实施例示意图。
【具体实施方式】
[0023]以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0024]请参阅图1至图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0025]如图所示，本发明提供一种相位式激光定时自动测距系统。所述自动测距系统I至少包括:激光发射接收单元U、数据采样单元12、定时控制单元13、以及数据分析单元14。
[0026]所述激光发射接收单元11用于向待测目标2发射经调制的激光信号及接收由所述待测目标2反射回的回波信号，同时其还输出与调制的激光信号相关联的基准信号及与所述回波信号相关联的被测信号。
[0027]其中，所述激光发射接收单元11可采用任何能实现前述功能的电路。
[0028]例如，一种优选的激光发射接收单元如图2所示，该激光发射接收单元包括:主控振荡器111、调制发射器112、本地振荡器113、混频器114、115和光电放大电路116。
[0029]所述主控振荡器111用于产生能调制激光信号的调制信号。
[0030]所述调制信号的频率可以为任何能对激光信号进行调制的频率，优选地，包括但不限于:1MHz。
[0031]所述调制发射器112用于将自身所产生的激光信号与所述调制信号进行调制后予以发射至待测目标2。
[0032]所述本地振荡器113用于产生预定频率的本振信号，优选地，预定频率为0.999MHz ο
[0033]所述混频器114用于将所述主控振荡器111产生的调制信号与所述本振信号进行混频后输出低频的基准信号，优选地，基准信号的频率为ΙΚΗζ。
[0034]所述光电放大电路116用于对所述待测目标反射的回波信号进行检测、放大、滤波和整形。
[0035]所述混频器115将经过所述光电放大电路116处理后的回波信号与所述本地振荡器113输出的本振信号进行混频后输出低频的被测信号，优选地，被测信号的频率为ΙΚΗζ。
[0036]所述数据采样单元12与所述激光发射接收单元11相连接，用于同步采样所述激光发射接收单元11输出的基准信号及被测信号。
[0037]其中，所述数据采集单元12可采用任何能同时进行两路数据采集的电路，一种优选的数据采集单元如图2所示，该数据采集单元包括:模数转换单元121、数据缓冲单元122、控制单元123、和接口处理单元124。
[0038]所述模数转换单元121能同步接收所述激光发射接收单元11输出的基准信号与被测信号，并将两者分别转换成14位数字信号，优选地，其可采用AD9238芯片来实现。
[0039]所述数据缓冲单元122用于缓存所述模数转换单元121输出的两路14位数字信号，优选地，其可采用Altera公司的可编程芯片EP1C3T100来实现。
[0040]所述控制单元123用以读取所述数据缓冲单元122所缓存的数据并传送给所述接口处理单元124，优选地，其可采用Altera公司的可编程芯片EP1C3T100来实现。
[0041]所述接口处理单元124用于与所述定时控制单元13及数据分析单元14进行数据传输，例如，接收来自定时控制单元13的控制信号，以便所述控制单元123基于该控制信号来控制所述数据缓冲单元122缓存数据的开始，此外，所述接口处理单元124还将所述数据缓冲单元122所缓存的数据传输给所述数据分析单元14进行分析等，优选地，所述接口处理单元124采用EZ-USB FX2系列的CY7C68013芯片以及24LC00芯片来形成USB接口处理单元，其中，该CY7C68013芯片内部集成了 USB2.0接口、8051单片机、RAM、通用可编程接口GPIF和FIFO存储器，24LC00芯片用于存储指令等信息。
[0042]所述定时控制单元13与所述数据采样单元12相连接，用于定时输出控制信号来控制所述数据采样单元12采样的开始。
[0043]优选地，所述定时控制单元13可采用定时器或计算机来实现；更为优选地，采用具有USB驱动单元的计算机来实现，以便该计算机通过USB接口与所述数据采样单元12连接。
[0044]所述数据分析单元14与所述数据采样单元12相连接，用于对所述数据采样单元12输出的数据进行分析后输出待测目标的距离信息。
[0045]具体地，所述数据分析单元14将所述数据采样单元12输出的采样后的基准信号与被测信号进行鉴相及预定运算来获得待测目标2的距离信息。
[0046]例如，所述数据分析单元14将所述数据采样单元12输出的采样后的基准信号与被测信号分别形成后缀为.dat的数据文件，随后采用诸如Matlab等数据分析工具对数据文件的数据进行鉴相及运算来确定待测目标2的距离。
[0047]优选地，所述数据分析单元14可采用微处理器或计算机来实现；更为优选地，采用具有USB驱动单元的计算机来实现，以便该计算机通过USB接口与所述数据采样单元12连接。
[0048]作为一种优选方式，所述自动测距系统I还可包括采样参数控制单元15如图2所
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[0049]所述采样参数控制单元15用于控制所述数据采集单元12的采集参数。
[0050]其中，所述采集参数包括与数据采集相关的参数,优选地,包括但不限于:采样频率、连续采样点数和采样时钟等。
[0051]优选地，上述采样参数控制单元15可采用单片机或计算机等来实现。更为优选地，采用具有USB驱动单元的计算机来实现，以便该计算机通过USB接口与所述数据采样单元12连接。
[0052]上述自动测距系统I的工作过程如下:
[0053]第一步，系统上电后，定时控制单元13向数据采集单元12发送起始控制信号，采样参数控制单元15将用户输入的采样参数提供至所述数据采集单元12。
[0054]具体地，系统上电后，当定时控制单元13发出起始控制信号时，采样参数控制单元15将用户输入的采样参数送入所述接口处理单元124。
[0055]第二步，所述数据采集单元12基于所述采样参数中的采样频率及采样时钟开始同步采集激光发射接收单元11输出的基准信号与被测信号。
[0056]具体地，由接口处理单元124将该些采样参数提供给控制单元123，由所述控制单元123基于所述采样参数中的采样频率及采样时钟来控制模数转换单元121同步采集激光发射接收单元11输出的基准信号与被测信号，并将所采样的两路14位数字信号缓存入所述数据缓冲单元122。
[0057]第三步，当所采集的数据的点数与所述采样参数中的连续采样点数相同时，所述数据采集单元12暂停数据采集。
[0058]具体地，当连续采样点数与所述采样参数中的连续采样点数相同时，所述控制单元123控制所述数据缓冲单元122和/或模数转换单元121暂停工作。
[0059]第四步，当所述数据采集单元再次接收到来自所述定时控制单元的起始控制信号时，重复前述第二步及第三步。
[0060]具体地，当定时控制单元13再次发出起始控制信号时，所述模数转换单元121与数据缓冲单元122才继续工作。
[0061]第五步，数据分析单元14对来自数据采集单元12的多次数据进行鉴相及预定运算来确定待测目标的移动距离。
[0062]具体地，所述控制单元123在控制所述数据缓冲单元122缓存数据的同时，还控制所述数据缓冲单元122将所缓存的数据输出至所述接口处理单元124，并由所述接口处理单元124将该些数据输入数据采集分析单元14进行数据分析后，确定待测目标2的移动距离，由此基于定时控制单元的定时控制，可实现对待测目标的定时测距，从而可确定待测目标的移动速度等信息。
[0063]综上所述，本发明的相位式激光定时自动测距系统及测距方法基于对待测目标的定时测距，可实现对移动目标的测距，并了解移动目标的移动速度等信息；而且，当采样点数足够时则自动停止采样，由此可有效减小采样数据量；再有，本系统结构简单易于实现。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0064]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属【技术领域】中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【权利要求】
1.一种相位式激光定时自动测距系统，其特征在于，所述相位式激光定时自动测距系统至少包括: 用于向待测目标发射经调制的激光信号及接收由所述待测目标反射回的回波信号的激光发射接收单元； 与所述激光发射接收单元相连接的数据采样单元，用于同步采样所述激光发射接收单元输出的与调制的激光信号相关联的基准信号及与所述回波信号相关联的被测信号； 与所述数据采样单元相连接的定时控制单元，用于定时输出控制信号来控制所述数据采样单元采样的开始； 与所述数据采样单元相连接的数据分析单元，用于对所述数据采样单元输出的数据进行分析后输出待测目标的距离信息。
2.根据权利要求1所述的相位式激光定时自动测距系统，其特征在于还包括:与所述数据采样单元相连接、且用于控制所述数据采样单元的采样参数的采样参数控制单元。
3.根据权利要求2所述的相位式激光定时自动测距系统，其特征在于:所述定时控制单元、所述数据分析单元与采样参数控制单元基于计算机来实现。
4.根据权利要求3所述的相位式激光定时自动测距系统，其特征在于:所述计算机具有USB驱动单元，以便通过USB接口与所述数据采样单元连接。
5.根据权利要求1或4所述的相位式激光定时自动测距系统，其特征在于:所述数据采样单元包括可编程芯片。
6.根据权利要求1或4所述的相位式激光定时自动测距系统，其特征在于:所述数据采样单元包括基于AD9238芯片形成的模数转换单元。
7.一种相位式激光定时自动测距方法，其特征在于，所述相位式激光定时自动测距方法至少包括: 1)系统上电后，定时控制单元向数据采集单元发送起始控制信号，采样参数控制单元将用户输入的采样参数提供至所述数据采集单元； 2)所述数据采集单元基于所述采样参数中的采样频率及采样时钟开始同步采集激光发射接收单元输出的基准信号与被测信号； 3)当所采集的数据的点数与所述采样参数中的连续采样点数相同时，所述数据采集单元暂停数据采集； 4)当所述数据采集单元再次接收到来自所述定时控制单元的起始控制信号时，重复步骤2)及3)； 5)数据分析单元对来自数据采集单元的多次数据进行鉴相及预定运算来确定待测目标的移动距离。
【文档编号】G01S17/08GK104181543SQ201310187893
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2013年5月20日 优先权日:2013年5月20日
【发明者】王前, 李韬 申请人:华南理工大学