采用目前方法进行脉冲激光测距时，无法消除正弦函数产生的时间累积误差，存在重构精度低和测距误差大的问题。提出ARM嵌入式支持下高精度脉冲激光测距研究方法，该方法在脉冲激光测距中引入ARM嵌入式高速核处理器，进行多帧相关检测、自适应门限检测和滤波降噪，并通过多点平均法消除脉冲激光测距过程中存在的时间累积误差，在此基础上通过差频测相方式提高脉冲激光测距的精度。实验结果表明，所提方法的重构精度高、测距误差小。
ARM嵌入式高速核处理器 脉冲激光测距 自适应门限检测 多点平均法 差频测相 ARM embedded high-speed core processor pulse laser ranging adaptive threshold detection multi-point averaging method difference frequency phase measurement
激光测距在现代激光应用领域已经得到了广泛的应用。针对远距离激光测距中弱信号探测的问题,研究了一种基于阵列雪崩光电二极管(Avalanche Photon Diode ,APD)探测器的光子计数法与卷积神经网络相结合的综合信号处理方法,从理论与仿真两方面验证了该方法的有效性。该方法可提升信号识别能力。提出了光子计数法和卷积神经网络相结合的空间三维卷积神经网络信号处理模型,该模型通过三级信号辨识,能够在“强背景、弱信号”情景下将信号光的辨识度提升近一倍。
测量 盖格模式 脉冲激光测距 阵列探测 光子计数 卷积神经网络 信号处理 中国激光
2021, 48(23): 2304001
红外与激光工程
2021, 50(6): 20210005
电子科技大学 信息与通信工程学院， 成都 611731
现有的无人机探测通常采用以雷达扫描为主，辅以其他传感器探测的方式。但是，目前使用雷达探测的成本较高，而激光器作为一种低成本、低功耗的器件已受到人们广泛关注。以激光为载体，结合无线光通信中的捕获、瞄准、跟踪(APT)系统，设计并实现了一种基于激光探测技术的无人机扫描定位系统，并以气球模拟无人机目标的测试方式，测试了该系统的定位精度和效率。扫描试验结果表明：在激光发射器平均功率小于40mW的情况下，该系统对目标的捕获定位能达到较高的精度，误差在5%以内，最大可探测范围为45m。
无人机 APT技术 脉冲激光测距 激光扫描 目标检测 UAV APT pulse laser ranging laser scanning target detection
南京理工大学 电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
高精度的脉冲激光测距系统一直都是激光测距领域的研究热点之一。测距误差的存在直接影响了激光测距精度的结果, 利用差分信号时刻鉴别法的研究未见报道, 因此对差分时刻判别法的研究具有重要意义。为了研究这一问题, 对影响脉冲激光测距精度的因素进行了分析, 可以认为幅度时间游动效应和上升时间游动效应产生的时间晃动是影响测距精度最主要的因素。通过分析可以看出, 所设计的差分信号时刻鉴别电路能够有效提高测距精度, 达到了设计要求。在实验测试中,差分信号时刻鉴别电路对70 m内不同距离的单次测距误差保持在9 mm以内, 相比之下单端信号时刻鉴别电路的单次测距精度范围为[-12 mm,11 mm]。实验结果表明同单端信号单次测距误差相比, 测距精度有了明显的提高。该方法可以为现有的如何提高脉冲激光测距精度技术提供参考价值。
脉冲激光测距 时刻鉴别电路 时间晃动误差 差分信号 双阈值 pulsed laser ranging time discrimination circuit time jitter error differential signal double threshold 红外与激光工程
2019, 48(12): 1205001
北京石油化工学院光机电装备技术北京市重点实验室, 北京 102617
提出一种适用于运动目标的快速高精度距离测量方法,通过结合正弦基准时间间隔测量方法与游标时钟控制脉冲发射技术,实现对运动目标的高精度测距。以正弦信号为基准,测量出激光脉冲从测距仪到目标之间的飞行时间,并将其作为估计目标距离的初值;利用游标时钟控制脉冲发射技术,选取正弦信号0点处的线性段作为定时特征点,可以得到高分辨率的测量结果;以该定时特征点对应的游标时刻为脉冲定点发射时刻,通过多脉冲测量取平均值后实现快速高精度测距。实验结果表明:当激光平均功率为1 mW时,在无合作目标的300 m测程内,测距精度为±(3 mm+2×10 -6×D)(D为测量距离),测量时间缩短至5 ms。该测量系统具有结构简单、成本低、容易实现等特点。
测量 遥感 脉冲激光测距 脉冲飞行时间 正弦基准 游标原理
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 山东科技大学测绘科学与工程学院, 山东 青岛 266590
4 杭州中科天维科技有限公司, 浙江 杭州 310026
为了提高脉冲激光测距回波时刻解算方法的应用场景适应性,将回波时刻解算问题转换为波形分类的问题,采用深度学习的新方法实现回波时刻的解算。通过仿真模拟计算产生0.1 ns时间分辨率的不同距离、信号幅度、波形形状和噪声的样本回波数据,训练一维卷积神经网络模型,在样本测试集上获得了99.85%的分类精度;采用深度学习方法和高斯拟合方法处理同样的机载激光雷达回波数据,墙面线扫数据解算结果相关系数为0.99981,外场飞行试验数据平面拟合残差均在20 mm左右,两种方法回波时刻解算效果相当。结果表明,新方法能够满足机载脉冲激光测距回波时刻解算要求,具备进一步提高解算精度和适应更多应用场景的潜力。
遥感 脉冲激光测距 回波时刻解算 深度学习 卷积神经网络 激光雷达 中国激光
2019, 46(10): 1010001
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
为满足激光测距领域大量程、高精度、高分辨率的应用需求, 设计了一种高精度脉冲激光测距系统。系统基于最小可分辨45ps的专用计时芯片TDC-GP22实现高精度、高分辨率的时间间隔测量, 并采用高带宽放大电路及恒比定时时刻鉴别方法提高系统精度。详细论述了TDC-GP22时间间隔测量模块的硬件设计及软件流程。实验结果表明, 该系统的测量分辨率达45ps, 对时间间隔1μs内的测量精度可达60ps, 对应150m测距精度可达1cm; 对时间间隔1μs以上的测量精度可达1ns, 对应千米级测距精度可达0.15m, 满足高精度距离测量的应用需求。
脉冲激光测距 高精度 时间间隔测量 时刻鉴别 pulsed laser ranging high precision TDC-GP22 TDC-GP22 time interval measurement time discrimination
军械工程学院 军械技术研究所, 石家庄 050000
提出一种基于靶标调向装置的脉冲激光测距机光轴平行性检测方法。靶标十字分划中心分别与脉冲激光测距机白光瞄准光轴十字分划中心和激光发射光轴光斑中心对准, 通过读取码盘数据计算光轴平行性误差。该方法操作简单, 能够实时定量地检测光轴平行性误差, 有效地提升了检测精度, 实现了光轴平行性检测的数字化、自动化。
脉冲激光测距机 靶标调向装置 光轴平行性 pulsed laser rangefinder target alignment device parallelism of optical axis CCD CCD
北京石油化工学院光机电装备技术北京市重点实验室, 北京 102617
单发脉冲飞行时间测距技术在移动目标跟踪测量、汽车防撞、机器人运动控制等要求快速响应的场合具有重要应用。介绍了单发脉冲飞行时间激光测距技术的研究现状, 分析了基于前沿定时和共振定时的单发脉冲测距原理、方法及误差补偿技术, 并给出了各种单发脉冲测距范围、单发测距精度等技术指标。
测量 脉冲激光测距 飞行时间测距 前沿定时 共振定时 误差补偿 激光与光电子学进展
2017, 54(12): 120007
