激光測距目標指示器及其測距方法和工作狀態切換方法技術

本發明專利技術公開了激光測距領域內的一種遠程激光測距目標指示器，包括激光發射器、激光接收器、雪崩管偏壓電源、半導體泵浦源電源、激光調Q電源、激光能量計、通信接口、信號處理器，利用信號與噪聲的時間不相關原理，在噪聲中判別微弱的目標信號，實現測量遠距離的測距能力；采用半導體泵浦激光器，在不增加硬件開銷的條件下，實現高頻多脈沖激光發射；通過軟件控制，實現激光測距與目標指示兩種功能的切換；由于測距方法和控制方法的改進，直接和間接地減輕了裝備重量，減小了裝備體積，預計重量和體積只有傳統氙燈泵浦激光測距機的四分之一，可用于遠距離測距中。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種激光測距裝置，特別涉及一種兼有目標指示功能的激光測距目標指示器。
技術介紹
傳統的固體脈沖激光測距機大多采用單脈沖激光測距，測距能力有限，需要提高測距能力，只能提高輸出激光能量，由此帶來體積龐大，功耗增大，重量增加等一連串的問題，給光電系統機載增大了難度。美國機載“門警”光電預警系統中的激光測距機，以及國內某車載對空激光測距機都采用了三脈沖激光測距方法，雖然測程比單脈沖激光測距有較大提高，但這些激光測距機依然存在以下不足：（1）硬件上采用氙燈泵浦固體激光器，功耗和體積比單脈沖激光測距機還大；（2）只有單一的激光測距功能，不具備激光目標指示功能；（3）由于氙燈的放電特性會受環境溫度和長時間使用的影響，激光器輸出的三個脈沖激光能量不能始終保持一致，會影響測程和對目標信號的有效判斷；（4）論文《脈沖串激光測距技術研究》論述了上述激光測距機三脈沖測距的原理，即通過信號疊加來提高信噪比，但沒有提到信號視頻累積與二進制累積的綜合運用的方法。新型飛機的光電吊艙需要裝備熱像儀、電視攝像儀、激光目標指示器、激光測距機等多種光電儀器，由于載荷的限制，各分系統必須充分壓縮體積，盡可能減輕重量。采用多脈沖激光測距和激光目標指示兩種功能合一的技術，是激光分系統減小體積和減輕重量的有效途徑之一，但是，氙燈泵浦固體激光器由于散熱的原因，難于實現多脈沖激光測距和激光目標指示兩種工作狀態對激光能量和激光頻率的切換。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種可測量遠距離、體積小、重量輕，具有激光測距與激光目標指示功能的激光測距目標指示器及其測距方法和工作狀態切換方法。本專利技術的目的是這樣實現的：一種激光測距目標指示器及其測距方法和工作狀態切換方法；所述指示器包括：激光發射器，用于發射多脈沖激光光束和編碼激光光束；所述的激光接收器包括雪崩管和放大器；所述的雪崩管偏壓電源包括信號處理器端口一、信號處理器端口二、可調節直流電源、取樣電阻，信號處理器端口一與可調節直流電源連接，用于調節可調節直流電源的輸出電壓；信號處理器端口二同時與可調節直流電源的輸出和取樣電阻連接，用于讀入雪崩管的工作電流值；取樣電阻與雪崩管連接；激光接收器，用于接收目標反射的激光回波信號，并將激光回波信號轉換成電信號，再放大電信號，輸出目標信號與噪聲的混雜信號；雪崩管偏壓電源，用于為雪崩光電二極管提供工作偏壓；半導體泵浦源電源，用于為激光發射器的半導體激光泵浦源提供可控的工作電源；激光調Q電源，用于為激光發射器的Q開關提供電源；激光能量計，用于測量激光發射器輸出的激光能量；通信接口，用于與外部設備通信和操控遠程激光測距目標指示器；信號處理器，用于產生遠程激光測距目標指示器的工作時序、編碼設置、激光發射器溫度控制、雪崩管偏壓調整、工作狀態切換、能量調節、距離計算、發射次數累計、調校程序運行；所述的信號處理器，電氣上分別與激光發射器、激光接收器、雪崩管偏壓電源、半導體泵浦源電源、激光調Q電源、激光能量計、通信接口相連接；半導體泵浦源電源、激光調Q電源又與激光發射器相連接；激光接收器與雪崩管偏壓電源相連接；所述激光測距方法包括下列步驟：（a）激光接收器接收從目標反射的激光回波信號，并轉換成電信號，電信號放大后，得到目標信號與噪聲的混雜信號；（b）對混雜信號進行數字轉換，得到數字混雜信號；（c）對數字混雜信號進行數字濾波處理，得到數字濾波信號；（d）對數字濾波信號進行累積，得到“數字和”混雜信號；（e）對“數字和”混雜信號進行數字濾波處理，得到“數字和”濾波信號；（f）將“數字和”濾波信號中數值最大和次大的信號作為候選目標信號，得到數值目標候選信號；（g）同時按時段統計數字濾波信號中數值大于閾值A的脈沖數量，得到脈沖數量信號；（h）將脈沖數量信號中數量大于閾值B的信號作為候選目標信號，得到數量目標候選信號；（i）將出現在同一時段的最大數值目標候選信號和數量目標候選信號作為目標信號；（j）如果最大數值目標候選信號和數量目標候選信號不在同一時段，而數量目標候選信號只有一個，且其他脈沖數量信號的數量都小于數量目標候選信號的數量，則將出現在同一時段的次大數值目標候選信號和數量目標候選信號作為目標信號；（k）按目標信號的時段計算目標距離；（l）將目標距離值送通信接口輸出；（m）如果不存在符合步驟（i）和（j）要求的目標信號，則輸出無目標信號；所述工作狀態切換方法為：通過調節激光工作頻率與工作時序，同時調節激光能量實現切換；調節激光工作頻率與工作時序的方法為，信號處理器（8）分別按照多脈沖激光測距和目標指示要求的激光工作頻率與工作時序，輸出對應的恒流控制信號與調Q觸發信號；調節激光能量的方法為，信號處理器（8）按照預先設定的激光測距與目標指示要求的不同激光能量，輸出對應的恒流控制信號寬度和半導體泵浦源電源（4）中直流穩壓電源（16）的控制電壓值，從而改變半導體泵浦源的注入能量，達到激光輸出能量的調節。與現有技術相比，本專利技術的有益效果在于，本專利技術依據目標信號與噪聲的時間不相關性，綜合利用它們在數量和數值上的統計特點，最大限度地在噪聲中判別出微弱的目標激光回波信號，實現了測量百公里目標距離的能力；采用半導體泵浦激光器，只用一組泵浦電源，通過軟件實現了多脈沖激光發射，彌補了三脈沖氙燈泵浦激光測距機需要三組泵浦電源的缺陷；通過軟件在激光測距的基礎上，增加了激光目標指示功能，在不增加重量的條件下，拓展了裝備的功能；這些措施直接和間接地減輕了裝備重量，減小了裝備體積；預計本專利技術的遠程激光測距目標指示器重量和體積只有傳統氙燈泵浦激光測距機的四分之一。作為本專利技術的進一步限定，所述的半導體泵浦源電源包括：信號處理器端口三、信號處理器端口四、信號處理器端口五、直流穩壓電源、電流基準電路、恒流控制器、電流調節開關、電流取樣電阻、儲能電容；信號處理器端口三與直流穩壓電源連接；信號處理器端口四與電流基準電路連接；電流基準電路與恒流控制器連接；信號處理器端口五與恒流控制器連接；直流穩壓電源與儲能電容、激光發射器相連接；恒流控制器分別與電流調節開關和電流取樣電阻連接，電流調節開關分別與電抗器和電流取樣電阻連接；激光發射器與電抗器連接；儲能電容與電流取樣電阻相連接。本專利技術的半導體泵浦源電源的有益效果在于，通過電抗器進行電流控制，電源效率高，電流調節范圍大，因而電源體積小。作為本專利技術的進一步限定，步驟（a）之前還包括以下步驟：（a1）設定雪崩管最佳工作電流標準、發射脈沖激光數量n(n≥3)、激光能量范圍、激光能量一致性范圍；（a2）將雪崩管工作電流調節到設定的雪崩管最佳工作電流值；（a3）啟動自檢程序，檢測激光能量；（a4）判斷激光能量值和激光能量一致性是否超出設定的范圍；（a5）如果激光能量超出設定的激光能量范圍，則調節激光能量，使之滿足設定要求；（a6）判斷n個脈沖激光能量是否超出本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種激光測距目標指示器，其特征在于，包括：激光發射器（1），用于發射多脈沖激光光束和編碼激光光束；所述的激光接收器（2）包括雪崩管（13）和放大器（14）；所述的雪崩管偏壓電源（3）包括信號處理器端口一、信號處理器端口二、可調節直流電源（11）、取樣電阻（12），信號處理器端口一與可調節直流電源（11）連接，用于調節可調節直流電源（11）的輸出電壓；信號處理器端口二同時與可調節直流電源（11）的輸出和取樣電阻（12）連接，用于讀入雪崩管（13）的工作電流值；取樣電阻（12）與雪崩管（13）連接；激光接收器（2），用于接收目標反射的激光回波信號，并將激光回波信號轉換成電信號，再放大電信號，輸出目標信號與噪聲的混雜信號；雪崩管偏壓電源（3），用于為雪崩光電二極管提供工作偏壓；半導體泵浦源電源（4），用于為激光發射器（1）的半導體激光泵浦源提供可控的工作電源；激光調Q電源（5），用于為激光發射器（1）的Q開關提供電源；激光能量計（6），用于測量激光發射器（1）輸出的激光能量；通信接口（7），用于與外部設備通信和操控遠程激光測距目標指示器；信號處理器（8），用于產生遠程激光測距目標指示器的工作時序、編碼設置、激光發射器溫度控制、雪崩管偏壓調整、工作狀態切換、能量調節、距離計算、發射次數累計、調校程序運行；所述的信號處理器（8），電氣上分別與激光發射器（1）、激光接收器（2）、雪崩管偏壓電源（3）、半導體泵浦源電源（4）、激光調Q電源（5）、激光能量計（6）、通信接口（7）相連接；半導體泵浦源電源（4）、激光調Q電源（5）又與激光發射器（1）相連接；激光接收器（2）與雪崩管偏壓電源（3）相連接。...

【技術特征摘要】
1.一種激光測距目標指示器，其特征在于，包括：
激光發射器（1），用于發射多脈沖激光光束和編碼激光光束；所述的激光接收器（2）包括雪崩管（13）和放大器（14）；所述的雪崩管偏壓電源（3）包括信號處理器端口一、信號處理器端口二、可調節直流電源（11）、取樣電阻（12），信號處理器端口一與可調節直流電源（11）連接，用于調節可調節直流電源（11）的輸出電壓；信號處理器端口二同時與可調節直流電源（11）的輸出和取樣電阻（12）連接，用于讀入雪崩管（13）的工作電流值；取樣電阻（12）與雪崩管（13）連接；
激光接收器（2），用于接收目標反射的激光回波信號，并將激光回波信號轉換成電信號，再放大電信號，輸出目標信號與噪聲的混雜信號；
雪崩管偏壓電源（3），用于為雪崩光電二極管提供工作偏壓；
半導體泵浦源電源（4），用于為激光發射器（1）的半導體激光泵浦源提供可控的工作電源；
激光調Q電源（5），用于為激光發射器（1）的Q開關提供電源；
激光能量計（6），用于測量激光發射器（1）輸出的激光能量；
通信接口（7），用于與外部設備通信和操控遠程激光測距目標指示器；
信號處理器（8），用于產生遠程激光測距目標指示器的工作時序、編碼設置、激光發射器溫度控制、雪崩管偏壓調整、工作狀態切換、能量調節、距離計算、發射次數累計、調校程序運行；
所述的信號處理器（8），電氣上分別與激光發射器（1）、激光接收器（2）、雪崩管偏壓電源（3）、半導體泵浦源電源（4）、激光調Q電源（5）、激光能量計（6）、通信接口（7）相連接；半導體泵浦源電源（4）、激光調Q電源（5）又與激光發射器（1）相連接；激光接收器（2）與雪崩管偏壓電源（3）相連接。
2.根據權利要求1所述的激光測距目標指示器，其特征在于，所述的半導體泵浦源電源（4）包括：信號處理器端口三、信號處理器端口四、信號處理器端口五、直流穩壓電源（16）、電流基準電路（17）、恒流控制器（18）、電流調節開關（19）、電流取樣電阻（20）、儲能電容（21）；信號處理器端口三與直流穩壓電源（16）連接；信號處理器端口四與電流基準電路（17）連接；電流基準電路（17）與恒流控制器（18）連接；信號處理器端口五與恒流控制器（18）連接；直流穩壓電源（16）與儲能電容（21）、激光發射器（1）相連接；恒流控制器（18）分別與電流調節開關（19）和電流取樣電阻（20）連接，電流調節開關（19）分別與電抗器（15）和電流取樣電阻（20）連接；激光發射器（1）與電抗器（15）連接；儲能電容（21）與電流取樣電阻（20）相連接。
3.一種激光測距方法，其特征在于，包括下列步驟：
（a）激光接收器接收從目標反射的激光回波信號，并轉換成電信號，電信號放大后，得到目標信號與噪聲的混雜信號；
（b）對混雜信號進行數字轉換，得到數字混雜信號；
（c）對數字混雜信號進行數字濾波處理，得到數字濾波信號；
（d）對數字濾波信號進行累積，得到“數字和”混雜信號；
（e）對“數字和”混雜信號進行數字濾波處理，得到“數字和”濾波信號；
（f）將“數字和”濾波信號中數值最大和次大的信號作為候選目標信號，得到數值目標候選信號；
（g）同時按時段統計數字濾波信號中數值大于閾值A的脈沖數量，得到脈沖數量信號；
（h）將脈沖數量信號中數量大于閾值B的信號作為候選目標信號，得到數量目標候選信號；
（i）將出現在同一時段的最大數值目標候選信號和數量目標候選信號作為目標信號；
（j）如果最大數值目標候選信號和數量目標候選信號不在同一時段，而數量目標候選信號只有一個，且其他脈沖數量信號的數量都小于數量目標候選信號的數量，則將出現在同一時段的次大數值目標候選信號和數量目標候選信號作為目標信號；
（k）按目標信號的時段計算目標距離；
（l）將目標距離值送通信接口輸出...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郁麒麟，孫同春，范華，夏星，姚亞斌，隋慶峰，
申請(專利權)人：揚州天目光電科技有限公司，郁麒麟，
類型：發明
國別省市：江蘇;32