一种时间关联计算测距仪及测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种时间关联计算测距仪及测量方法，属于测距领域。
【背景技术】
[0002] 刻度尺是最早用于测距的工具，但是在长距离或复杂环境下，刻度尺测量变得非 常困难。二战期间，英国首先研制出的测距雷达，实现了在一个固定点上迅速测定不同方 位角各种目标的瞬时距离，实现了测距技术的历史性突破。后来随着电磁和激光技术的发 展，逐渐将激光用于测距领域，并于1961年美国休斯飞机公司研制出第一台激光测距仪， 由于激光测距仪具有精度高、小巧轻便、分辨率高和抗干扰力强等优势，在很长一段时间内 得到了迅速发展，并形成了多种形式的测距方案。目前的激光测距仪就可以实现从纳米到 几千千米范围内测距。
[0003] 虽然目前的激光测距仪凭借激光的高穿透力，可以超远距离能力测距，但是仅仅 依靠提高激光器功率和信号处理技术很难从根本上实现远距离测距能力，且高功率激光器 的使用对人眼危害极大，不利于长时间调试使用。此外，在复杂环境下，传统激光测距仪不 可避免要受到云雾、烟和大气湍流等环境干扰，测距能力会显著降低，因此需要寻求一种新 型测距方案从根本上解决这一系列问题。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种能有效减小空气 扰动的时间关联计算测距仪，符合测量逻辑单元对两路信号做时间符合测量逻辑计算，最 终得到待测件反光镜到半透半反镜之间的距离，本发明利用了时间的二阶关联特性，可以 有效减小空气扰动因素引起的距离测量误差，且结构设计简单，操作性强，关键部组件都是 基于现有的成熟广品，具有技术成熟度尚，可实现性$父强等特点。
[0005] 本发明的技术解决方案是：一种时间关联计算测距仪，包括：光源（1)、数字微镜 阵列DMD (2)、控制器（3)、分束器（4)、透镜（5)、半透半反镜（6)、待测件反光镜（7)、CCD (或 点探测器）（8)、延时器（9)、符合测量逻辑模块（10)，符合测量逻辑模块（10)包括符合测量 逻辑单元和计算单元；
[0006] 数字微镜阵列DMD (2)包括多个微镜阵列，光源（1)照射在数字微镜阵列DMD (2) 的多个微镜阵列上，控制器（3)产生光场调制矩阵信号，一路输出将光场调制矩阵信号发 送到延时器（9)，调整延时器（9)延时，经延时器（9)延时后将光场调制矩阵信号存至符合 测量逻辑模块（10)的符合测量逻辑单元，另一路输出将该光场调制矩阵信号加载到数字 微镜阵列DMD⑵上，控制多个微镜阵列发生不同角度的偏转，微镜阵列反射光源⑴照射 的光束形成调制光场，将该调制光场入射至分束器（4);
[0007] 分束器（4)将入射的调制光场分光成两路分别是透射光束和反射光束，将入射的 调制光场分光得到的反射光束舍弃，将入射的调制光场分光得到的透射光束入射到透镜 (5)上后，形成平行光束后照射在半透半反镜（6)，半透半反镜（6)放置于透镜（5)和待测 件反光镜（7)之间，且半透半反镜（6)、透镜（5)和待测件反光镜（7)共轴放置，半透半反镜 (6)透射一部分光，形成透射光束，并反射一部分光，反射的这部分光形成第一回波光束；
[0008] 经半透半反镜（6)反射的第一回波光束再次经过透镜（5)恢复成汇聚光束，并照 射到分束器（4)上，分束器（4)将入射的透镜（5)汇聚光束分光成两路分别是透射光束和 反射光束，将透镜（5)汇聚光束分光得到的透射光束舍弃，将透镜（5)汇聚光束分光得到的 反射光束反射后照射到CCD(S)上，形成第一回波信号送至符合测量逻辑模块（10)，符合测 量逻辑模块（10)的符合测量逻辑单元记录该回波信号；
[0009] 符合测量逻辑模块（10)的符合测量逻辑单元，将储存的光场调制矩阵信号和记 录的第一回波信号，进行时间符合测量逻辑计算，得到一个时间关联计数结果，同时将延时 器（9)延时和对应的时间关联计数结果发送至计算单元；
[0010] 多次调整延时器（9)的延时，符合测量逻辑单元将储存的多个新的光场调制矩阵 信号和记录的多个新的第一回波信号，再次进行时间符合测量逻辑计算，得到多个新的时 间关联计数结果，同时将该多个延时器（9)延时和对应的新的时间关联计数结果发送至计 算单元；
[0011] 计算单元将接收到的多对延时和对应的时间关联计数结果绘成第一关联结果曲 线，横坐标为多个延时器的延时时间，纵坐标为多个时间关联计数结果，将每个延时器（12) 记录的多个延时所对应的多个时间关联计数结果连接成一条曲线，得到第一关联结果曲 线，寻找第一关联结果曲线峰值所对应的延时T 1，并记录该延时τ1;
[0012] 经半透半反镜（6)透射的透射光束照射在待测件反光镜（7)，待测件反射镜（7)安 装在待测件上，经待测件反光镜（7)反射的回波光束再次经过半透半反镜（6)，半透半反镜 (6)将待测件反光镜（7)反射的回波光束分别进行透射和反射，分别形成透射光束和反射 光束，将待测件反光镜（7)反射的回波光束经半透半反镜（6)的反射光束舍弃，将待测件反 光镜（7)反射的回波光束经半透半反镜（6)的透射光束经透镜（5)恢复成汇聚光束，并照 射到分束器（4)上，分束器（4)将入射的汇聚光束分成两路分别是透射光束和反射光束，将 透射光束舍弃，将反射光束反射后照射到CCD(7)上，形成第二回波信号，符合测量逻辑模 块（10)的符合测量逻辑单元记录该回波信号；
[0013] 符合测量逻辑模块（10)的符合测量逻辑单元将储存的光场调制矩阵信号和记录 的第二回波信号，进行时间符合测量逻辑计算，得到一个时间关联计数结果，同时将延时器 (9)延时和对应的时间关联计数结果发送至计算单元；
[0014] 调整延时器（9)的延时，符合测量逻辑单元将储存的新的光场调制矩阵信号和记 录的新的第二回波信号，再次进行时间符合测量逻辑计算，得到一个新的时间关联计数结 果，同时将延时器（9)延时和对应的新的时间关联计数结果发送至计算单元；
[0015] 计算单元将接收到的多对延时和对应的时间关联计数结果绘成第二关联结果曲 线，横坐标为多个延时器的延时时间，纵坐标为多个时间关联计数结果，将每个延时器（12) 记录的多个延时所对应的多个时间关联计数结果连接成一条曲线，得到第二关联结果曲 线，寻找第二关联结果曲线峰值所对应的延时τ 2，并记录该延时τ2;
[0016] 计算单元将记录的τ JP τ 2做差计算Δ τ = τ 2-τ i，解算出待测件反光镜到半 透半反镜之间的距离〖二1：，式中c为真空中光速。
[0017] 所述光场调制矩阵为Hadamard矩阵，Hadamard矩阵编码原则为Hadamard矩阵行 与行、列与列之间满足正交归一关系H*H T= I，I为对角单位矩阵，其每一行（或列）元素 之和相等，将该光场调制矩阵加载到数字微镜阵列DMD(2)上，使多个微镜阵列发生不同角 度的偏转，微镜阵列反射光源（1)照射的光束形成调制光场，用来模拟热光源。
[0018] 所述数字微镜阵列DMD(2)放置于透镜（5)的焦平面上。
[0019] -种时间关联计算测距仪的测量方法，步骤如下：
[0020] (1)数字微镜阵列DMD⑵包括多个微镜阵列，光源⑴照射在数字微镜阵列 DMD (2)的多个微镜阵列上，控制器（3)产生光场调制矩阵信号，一路输出将光场调制矩阵 信号发送到延时器（9)，调整延时器（9)延时，经延时器（9)延时后将光场调制矩阵信号 存至符合测量逻辑模块（10)的符合测量逻辑单元，另一路输出将该光场调制矩阵信号加 载到数字微镜阵列DMD(2)上，控制多个微镜阵列发生不同角度的偏转，微镜阵列反射光源 (1)照射的光束形成调制光场，将该调制光场入射至分束器⑷；
[0021] (2)分束器（4)将入射的调制光场分光成两路分别是透射光束和反射光束，将入 射的调制光场分光得到的反射光束舍弃，将入射的调制光场分光得到的透射光束入射到透 镜（5)上后，形成平行光束后照射在半透半反镜（6)，半透半反镜（6)放置于透镜（5)和待 测件反光镜（7)之间，且半透半反镜（6)、透镜（5)和待测件反光镜（7)共轴放置，半透半 反镜（6)透射一部分光，形成透射光束，并反射一部分光，反射的这部分光形成第一回波光 束；
[0022] (3)经半透半反镜（6)反射的第一回波光束再次经过透镜（5)恢复成汇聚光束，并 照射到分束器（4)上，分束器（4)将入射的透镜（5)汇聚光束分光成两路分别是透射光束 和反射光束，将透镜（5)汇聚光束分光得到的透射光束舍弃，将透镜（5)汇聚光束分光得到 的反射光束反射后照射到CCD(S)上，形成第一回波信号送至符合测量逻辑模块（10)，符合 测量逻辑模块（10)的符合测量逻辑单元记录该回波信号；
[0023] (4)符合测量逻辑模块（10)的符合测量逻辑单元将储存的光场调制矩阵信号和 记录的第一回波信号，进行时间符