本发明涉及激光测距领域，更具体地说，涉及一种测距方法及其系统。
背景技术：
在各个应用领域中，随着我国科学技术的日益发展，对距离量的测量要求愈来愈高。为了追求测量范围高和测量精度高的结合，人们不停的研究新的测量方法。20世纪激光技术作为最重要的发明之一与原子能、半导体及计算机齐名。三十多年来，以激光器为基础的激光技术在我国迅速发展，导致了光学及其应用技术的巨大革命。目前市面上常用的测距产品包括3d摄像头(tof)等使用的测距方法主要有相位测距法等。
相位测距法的测距原理是通过检测周期信号从发射端发出，经过被测目标返回至探测器之间的相位位移，来计算距离信息，该方法测量精度高，但由于是周期信号，其最大测量距离受最大相位位移2π的限制，后来提出的多频相位测距法使用2个或多个频率的周期信号来扩展测距量程，但依然受周期信号的周期限制，因此相位测距法一般用于短距离、高精度的测量场合。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种可进行远距离测量并且得到高精度测量值的测距方法及其系统。
为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种测距方法，包括：
生成随机存储信号、随机发射信号和周期发射信号；
根据所述随机发射信号和所述周期发射信号生成混合电信号；
根据所述混合电信号生成混合发射光信号，并将所述混合发射光信号发射至被测物体；
根据从所述被测物体反射的混合反射光信号生成随机反射信号和周期反射信号；
根据所述随机存储信号和所述随机反射信号获得粗精度距离值sr，根据相位测距法和所述周期反射信号获得高精度距离值sp；
根据所述粗精度距离值sr和所述高精度距离值sp计算被测物体的实际距离s所包含的完整周期数m；
根据所述高精度距离值sp、所述完整周期数m和所述相位测距法中一个周期的所测得的最大距离dp计算所述被测物体的实际距离s。
优选地，步骤s1中所述生成随机信号采用的算法为m序列随机算法，所述随机存储信号和所述随机发射信号相同。
优选地，所述周期发射信号为通过固定的高低电平产生的周期脉冲信号。
优选地，根据从所述被测物体反射的混合反射光信号生成随机反射信号和周期反射信号的方法具体包括：
将从所述被测物体反射的所述混合光信号转换成电流信号；
根据所述电流信号分离出所述周期反射信号和随机反射信号。
优选地，根据所述随机存储信号和所述随机反射信号获得粗精度距离值sr，根据相位测距法和所述周期反射信号获得高精度距离值sp的方法具体包括：
对所述随机存储信号和所述随机反射信号进行自相关计算，获得最大功率值；
根据所述最大功率值获得传输时间；
根据所述传输时间获得所述粗精度距离值sr；
利用相位测距算法计算所述周期反射信号的相位差，根据所述相位差获得一个周期内的所述高精度距离值sp。
优选地，根据下列公式计算所述完整周期数m：
其中，所述
优选地，根据下列公式计算所述被测物体的实际距离：s＝m*dp+sp。
优选地，所述最大距离dp和粗精度测距精度rr满足条件：
本发明还提供了一种测距系统，包括处理器、信号产生模块、与所述信号产生模块连接的混合信号产生模块、与所述混合信号产生模块连接的混合信号发射模块、混合信号接收模块、与所述混合信号接收模块连接的粗精度测距模块、与所述混合信号接收模块连接的相位测距模块以及分别与所述粗精度测距模块、所述相位测距模块连接的实际距离计算模块；
所述处理器用于控制所述信号产生模块产生随机存储信号、随机发射信号和周期发射信号；所述混合信号产生模块用于将所述随机发射信号和所述周期发射信号生成混合电信号；所述混合信号发射模块用于将所述混合电信号转换成混合发射光信号，并且所述混合信号发射模块用于将所述混合发射光信号发射至被测物体；所述混合信号接收模块用于接收从被测物体反射的混合反射光信号，并且所述混合信号接收模块用于将所述混合反射光信号将转换成随机反射信号和周期反射信号；所述粗精度测距模块用于根据接收到的随机反射信号计算得到粗精度距离值sr，所述相位测距模块用于根据接收到的所述周期反射信号计算得到高精度距离值sp；所述实际距离计算模块用于根据所述粗精度距离值sr和所述高精度距离值sp计算所述被测物体的实际距离包含的完整周期数m，并且所述实际距离计算模块用于根据所述完整周期数m、相位测距法中一个周期的最大距离dp和所述高精度距离值sp计算所述被测物体的实际距离s。
优选地，所述测距系统还包括微机电脑，所述微机电脑与所述处理器(10)连接，所述微机电脑用于显示所述被测物体的实际距离s。
本发明公开了一种测距方法及测距系统，结合粗精度测距和相位测距，实现远距离、宽量程和高精度的测量，同时测距系统可实现高频率和高速度的测量，整个测量过程非常方便。
附图说明
图1为本发明实施例一的测距方法流程图。
图2为本发明实施例二的测距系统的结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
如图1所示，本发明实施例的测距方法包括如下步骤：
步骤s1、生成随机存储信号、随机发射信号和周期发射信号。
具体地，本实施例采用m序列随机算法生成随机存储信号和随机发射信号，其中随机存储信号和随机发射信号完全一致，随机存储信号存储在电路板内部，随机存储信号用于与后续步骤中接收回来的信号做自相关运算。作为优选实施例，周期发射信号为通过控制固定的高低电平产生的周期脉冲信号。当然在其他实施方式中，周期发射信号还可以为其他形式的信号。
步骤s2、根据随机发射信号和周期发射信号生成混合电信号。
步骤s3、根据混合电信号生成混合发射光信号，并将混合发射光信号发射至被测物体。
具体地，为了实现随机发射信号和周期发射信号的同时发送，生成随机发射信号和周期发射信号后，两者进行混合处理生成混合电信号，接着将混合电信号转换成混合光信号，最后将混合光信号发射至被测物体处。
步骤s4、根据从被测物体反射的混合反射光信号生成随机反射信号和周期反射信号。
该步骤具体包括：
s41、将从被测物体反射的混合光信号转换成电流信号；
s42、根据电流信号分离出周期反射信号和随机反射信号。
具体地，从电流信号中直接分离出周期反射信号。进一步地，分离随机反射信号时需要将电流信号转成电压信号，接着将电压信号转换成差分信号，该差分信号即为随机反射信号。
步骤s5、根据随机存储信号和随机反射信号获得粗精度距离值sr，根据周期反射信号获得高精度距离值sp。
该步骤具体包括：
s51、对随机存储信号和随机反射信号进行自相关计算，获得最大功率值。
s52、根据最大功率值获得随机反射信号的传输时间。
s53、根据传输时间获得粗精度距离值sr。具体地，通过自相关算法可得到随机发射信号被发出至随机反射信号被接收所经历的时间，该时间即为混合发射光信号和混合反射光信号的传输时间，由于混合发射光信号和混合反射光信号的速度均为光速，因此可以计算出粗精度距离值sr。
s54、利用相位测距算法计算周期反射信号的相位差，根据相位差获得一个周期内的高精度距离值sp。
具体地，相位测距算法中的周期信号频率为fp，那么相位测距算法中一个周期内所能测的最大距离dp为：
其中c为光速。
步骤s6、根据粗精度距离值sr和高精度距离值sp计算被测物体的实际距离s所包含的完整周期数m。
具体地，粗精度测距方法的测距精度为er，那么根据粗精度测距方法可以知道被测物体的实际距离s的范围在sr-er到sr+er之间。
进一步地，相位测距算法中只能测量一个周期内的距离，一个周期内的所能测得最大距离为dp，需要根据粗精度距离值sr和最大距离dp计算出被测物体的实际距离s所包含的完整周期数m，从而判断被测物体的实际距离s位于相位测距算法中的第几个相位周期内。
进一步地，为了保证能够准确地确定实际距离s位于相位测距算法中的第几个相位周期内，需要调整相位测距方法的一个周期内所测的最大距离dp和粗精度测距方法的测距精度rr以满足：
也就是说，粗精度测距方法的精度要小于相位测距方法的相位周期最大距离的一半。
具体地，根据下列公式计算完整周期数m：
其中，所述
步骤s7、根据高精度距离值sp、完整周期数m和相位测距算法中一个周期的最大距离dp计算被测物体的实际距离s。
具体地，根据下列公式计算被测物体的实际距离s：s＝m*dp+sp。
实施例二
如图2所示，本发明实施例的测距系统包括处理器10、信号产生模块20、与信号产生模块20连接的混合信号产生模块30、与混合信号产生模块30连接的混合信号发射模块40、混合信号接收模块50、与混合信号接收模块50连接的粗精度测距模块60、与混合信号接收模块50连接的相位测距模块70以及分别与粗精度测距模块60、相位测距模块70连接的实际距离计算模块80。
具体地，处理器10为现场可编程门阵列(field－programmablegatearray，简称fpga)处理器，fpga处理器采用赛灵思公司(xilinx)的virtex6序列fpga芯片，其具有低功耗高性能的特点，主频达到2.5ghz。处理器10与信号产生模块20之间相互通信，处理器10有产生信号，检测回收，收到计算三个状态。当处于产生信号状态时，处理器10控制信号产生模块20产生随机存储信号、随机发射信号和周期发射信号。作为优选实施例，处理器10通过m序列随机算法控制信号产生模块20以产生随机脉冲信号，将随机脉冲信号用作本实施例的随机信号。处理器10通过控制信号产生模块20的高低电平产生周期脉冲信号，将周期脉冲信号用作本实施例的周期发射信号。
进一步地，混合信号产生模块30用于将信号产生模块20产生的随机发射信号和周期发射信号合成混合电信号，并将混合电信号传送至混合信号发射模块40。
作为优选实施例，混合信号发射模块40包括激光器与激光器驱动芯片，激光器驱动芯片用于接收混合电信号，激光器驱动芯片根据该混合电信号产生激光器的驱动信号，该驱动信号驱动激光器产生混合发射光信号，且该混合发射光信号被发射至被测物体。作为优选实施例，混合发射光信号选为红外光信号，其中红外光信号的频率和脉宽与混合电信号一致，这样通过混合信号发射模块40将只能在电路中传播的混合电信号转换成可在空气中传播的混合发射光信号。
进一步地，混合信号接收模块50用于接收从被测物体反射的混合反射光信号。作为优选实施例，混合信号接收模块50包括激光接收器和比较器，接收器用来接收经过物体反射回来的混合反射光信号，把混合反射光信号转换成电流信号。其中，分离电流信号中的周期反射信号，并且将周期反射信号传送至相位测距模块。
另外，通过外接电阻把电流信号转换成电压信号，该电压信号作为比较器的输入信号，如果该电压信号大于比较器的阈值电压比较器输出高电平，如果该信号小于比较器的阈值电压则输出低电平信号，比较器输出的信号为差分数字信号，差分数字信号用作随机反射信号。比较器把该差分数字信号回传给处理器10，用于物体到发射装置之间的距离的计算。
进一步地，粗精度测距模块60用于根据接收到的随机反射信号计算得到粗精度距离值sr。具体地是采用自相关算法对随机反射信号和随机存储信号进行自相关运算，获得最大功率点，接着根据最大功率点得到传输时间，最后根据传输时间计算出粗精度的距离值sr。
相位测距模块70用于根据接收到的周期反射信号计算得到高精度距离值sp。具体是采用相位测距算法计算周期反射信号的相位差，根据相位差计算一个周期内的高精度距离值sp。
进一步地，实际距离计算模块80用于根据粗精度距离值sr和高精度距离值sp计算所述被测物体的实际距离包含的完整周期数m，并且实际距离计算模块80用于根据完整周期数m、相位测距法中一个周期的最大距离dp和高精度距离值sp计算所述被测物体的实际距离s。
进一步地，测距系统还包括微机电脑90，该微机电脑90与处理器10通信连接，微机电脑90用于显示被测物体的实际距离s。
本发明公开了一种测距方法及测距系统，结合粗精度测距和相位测距，实现远距离、宽量程和高精度的测量，同时测距系统可实现高频率和高速度的测量，整个测量过程非常方便。
上面对本发明的具体实施方式进行了详细描述，虽然已表示和描述了一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改和完善，这些修改和完善也应在本发明的保护范围内。