一种利用循环平稳随机序列的激光脉冲测距方法技术

本发明专利技术公开了一种利用循环平稳随机序列的激光脉冲测距方法，首先在发射端，激光器发射一串等时间间隔的脉冲激光，所述脉冲激光射向待测目标，并经过待测目标漫反射后产生回波激光脉冲定时信号；在接收端，将所述回波激光脉冲定时信号映射在正弦基准信号上，通过发射多脉冲并进行互相关处理，构造一个循环平稳的随机时间序列；再利用正弦信号相位估计特性，获得待测目标的高精度距离。上述方法能有效降低传统脉冲激光测距中定时误差对测距精度的影响，充分抑制干扰的影响，提高测距精度。

A Laser Pulse Ranging Method Using Cyclically Stationary Random Sequences

【技术实现步骤摘要】
一种利用循环平稳随机序列的激光脉冲测距方法
本专利技术涉及激光脉冲测距
，尤其涉及一种利用循环平稳随机序列的激光脉冲测距方法。
技术介绍
近年来，随着脉冲半导体激光技术的发展，无合作目标脉冲激光测距得到了广泛研究。脉冲激光与连续波激光相比，在安全激光功率(1级激光小于1mw)条件下，其脉冲激光持续时间短、能量集中和瞬时功率大，应用于激光测距方面具有测程长、目标捕获能力强和适合运动目标的识别等优势。激光脉冲回波信号为带噪声的信号，且脉冲幅值随机分布。后者脉冲幅值变化会产生走离误差，这一误差将导致测距精度的降低，通过测量脉冲峰值、上升时间或脉冲宽度可以对走离误差进行补偿，其测距精度达到厘米量级。叠加在测量数据上噪声限制了定时精度，这个噪声包括白噪声和按一定周期变化的随机噪声，前者白噪声服从统计规律，可以通过多次测量平均处理来减小，而后者周期随机噪声是未知或时变的，最终会导致不可靠的测量结果。现有的测距方法是对脉冲信号能量进行测量，叠加在脉冲上的未知或时变噪声是很难消除的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种利用循环平稳随机序列的激光脉冲测距方法，该方法能有效降低传统脉冲激光测距中定时误差对测距精度的影响，充分抑制干扰的影响，提高测距精度。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种利用循环平稳随机序列的激光脉冲测距方法，所述方法包括：步骤1、在发射端，激光器发射一串等时间间隔的脉冲激光，所述脉冲激光射向待测目标，并经过待测目标漫反射后在接收端产生回波激光脉冲定时信号；步骤2、在接收端，将所产生的回波激光脉冲定时信号映射在正弦基准信号上，通过发射多脉冲并进行互相关处理，构造一个循环平稳的随机时间序列，从而将对脉冲信号能量的检测转化为对循环平稳信号参数的估计；步骤3、再利用正弦信号相位估计特性，获得待测目标的高精度距离。在步骤1中，进一步通过设置激光发射时间间隔，获得各态历经的循环平稳随机时间序列；并针对所述随机时间序列，采用遍历处理定义新的等效顺序时间序列。所述步骤2的过程具体为：所述回波激光脉冲定时信号入射到APD上转换为光脉冲电流；再经过共振预探测器和定时甄别器处理后输出定时脉冲序列s(t)，由该定时脉冲序列s(t)触发采样器采样正弦基准信号x(t)，得到一个循环平稳的随机序列xs(t)。所述步骤3的过程具体为：假设脉冲激光发射时刻为tstart，返回时刻为tstop，则脉冲飞行时间tstop-tstart对应的正弦波相移分为两部分，用Ncoar表示正弦波的整周期个数，即粗测值；用ΔNfine表示不足一个周期的小数部分，即精测值ΔNfine；则待测目标的高精度距离表示为：其中，C为真空介质中的光速；f0为正弦信号的角频率；上式中，粗测值Ncoar由脉冲计数法测量，精测值ΔNfine通过所述循环平稳的随机序列xs(t)进行参数估计得到。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，上述方法能有效降低传统脉冲激光测距中定时误差对测距精度的影响，充分抑制干扰的影响，提高测距精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例提供的利用循环平稳随机序列的激光脉冲测距方法流程示意图；图2为本专利技术实施例所述方法实现过程的示意图；图3为本专利技术实施例所述距离计算的过程示意图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。下面将结合附图对本专利技术实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本专利技术实施例提供的利用循环平稳随机序列的激光脉冲测距方法流程示意图，所述方法包括：步骤1、在发射端，激光器发射一串等时间间隔的脉冲激光，所述脉冲激光射向待测目标，并经过待测目标漫反射后在接收端产生回波激光脉冲定时信号；在步骤1中，通过设置所述激光发射时间间隔，以便获得各态历经的循环平稳随机时间序列，例如，时间间隔设置为其中T0为正弦基准信号的周期，L为正弦基准信号的整周期数，M表示将一个正弦周期划分为M等分。并针对所述随机时间序列，采用遍历处理定义新的等效顺序时间序列。步骤2、在接收端，将所产生的回波激光脉冲定时信号映射在正弦基准信号上，通过发射多脉冲并进行互相关处理，构造一个循环平稳的随机时间序列，从而将对脉冲信号能量的检测转化为对循环平稳信号参数的估计；在该步骤中，如图2所示为本专利技术实施例所述方法实现过程的示意图，参考图2将信号的采样过程看作是一个狄拉克δ脉冲调制过程，采样器可等效为一个乘法器，具体过程为：回波激光脉冲定时信号入射到APD上转换为光脉冲电流；再经过共振预探测器和定时甄别器处理后输出定时脉冲序列s(t)，由该定时脉冲序列s(t)触发采样器采样正弦基准信号x(t)，得到一个循环平稳的随机序列xs(t)。步骤3、再利用正弦信号相位估计特性，获得待测目标的高精度距离。该步骤中，如图3所示为本专利技术实施例所述距离计算的过程示意图，参考图3，具体过程为：假设脉冲激光发射时刻为tstart，返回时刻为tstop，则脉冲飞行时间tstop-tstart对应的正弦波相移分为两部分，用Ncoar表示正弦波的整周期个数，即粗测值；用ΔNfine表示不足一个周期的小数部分，即精测值ΔNfine；则待测目标的高精度距离表示为：其中，C为真空介质中的光速；f0为正弦信号的角频率；上式中，粗测值Ncoar可由脉冲计数法测量，精测值ΔNfine通过如上所述的循环平稳的随机序列xs(t)进行参数估计得到。另外，定时误差被包含在所构造的循环平稳的随机序列xs(t)中，对于本例采用正弦基准而言，定时误差将转换为正弦基准信号的幅值波动(或噪声)，通过正弦信号参数估计，可以高精度地从被噪声污染的离散测量数据中估计其频率、幅度和相位等参数，例如采用极大似然估计的方差可以达到Cramer-Rao下限。最终根据光在空气中的传播速度计算出待测目标的高精度距离。值得注意的是，本专利技术实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。以上所述，仅为本专利技术较佳的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
的技术人员在本专利技术披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。因此，本专利技术的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用循环平稳随机序列的激光脉冲测距方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1、在发射端，激光器发射一串等时间间隔的脉冲激光，所述脉冲激光射向待测目标，并经过待测目标漫反射后在接收端产生回波激光脉冲定时信号；步骤2、在接收端，将所产生的回波激光脉冲定时信号映射在正弦基准信号上，通过发射多脉冲并进行互相关处理，构造一个循环平稳的随机时间序列，从而将对脉冲信号能量的检测转化为对循环平稳信号参数的估计；步骤3、再利用正弦信号相位估计特性，获得待测目标的高精度距离。

【技术特征摘要】
1.一种利用循环平稳随机序列的激光脉冲测距方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1、在发射端，激光器发射一串等时间间隔的脉冲激光，所述脉冲激光射向待测目标，并经过待测目标漫反射后在接收端产生回波激光脉冲定时信号；步骤2、在接收端，将所产生的回波激光脉冲定时信号映射在正弦基准信号上，通过发射多脉冲并进行互相关处理，构造一个循环平稳的随机时间序列，从而将对脉冲信号能量的检测转化为对循环平稳信号参数的估计；步骤3、再利用正弦信号相位估计特性，获得待测目标的高精度距离。2.根据权利要求1所述利用循环平稳随机序列的激光脉冲测距方法，其特征在于，在步骤1中，进一步通过设置激光发射时间间隔，获得各态历经的循环平稳随机时间序列；并针对所述随机时间序列，采用遍历处理定义新的等效顺序时间序列。3.根据权利要求1所述利用循环平稳随机序列的激光脉冲测距方法，其特征在于，所述步...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄民双，
申请(专利权)人：北京石油化工学院，
类型：发明
国别省市：北京,11