TOF相位会受到电流相位大小的影响吗

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2018-11-17 12:04 标签： 电流相位

本发明涉及激光雷达测距技术领域具体涉及一种提高TOF激光成像雷达测距精度的方法。

TOF激光成像雷达是指通过飞行时间法(Time of flightTOF)进行非接触式测距的设备。TOF激光成像雷达测距原理为激光发射器发出一束调制激光信号，该调制光经被测物体/障碍物反射后由激光接收器接收通过测量发射激光和接收激光的相位差即可解算出目标的距离。

然而由于不能确定电荷累积得到的相位差是否在一个频率周期内，因此一般采用单一调制频率进行测距，從而保证电荷累积得到的相位差位于同一个频率周期内以便进行距离解算，但是采用单一调制频率只能测到一个频率周期内的距离，並且调制频率越高，测距量程越小而距离分辨力会越高；调制频率越低，测距量程越大而距离分辨力会越低。

目前TOF激光成像雷达通过发射不同频率的调制光来完成不同距离的测量，高频率激光(10～30MHz)适合近距离(0～15m)测量中频率激光(2.5～10MHz)适合中距离(15～60m)测量，低频率激光(0.5～2.5MHz)适匼远距离(60～240m)测量

一般来说，现有的多数TOF激光成像雷达在中远距离均不能实现高精度测距特别是远距离，主要原因是若采用同一种调制頻率测距精度和测距量程不能兼顾；若采用高频和低频共同调制，容易因为频差过大而导致测距不准确

有鉴于此，本发明提供了一种提高TOF激光成像雷达测距精度的方法能够实现快速高精度大范围的激光测距。

本发明的提高TOF激光成像雷达测距精度的方法包括如下步骤：

步骤1，分别采用高、中、低三个频段的调制激光对同一个目标进行激光测距得到各调制激光对应的测量距离；

步骤2，根据各调制激光嘚测距量程以及三个测量距离之间的比例关系对三个测量距离进行融合，融合后的距离即为最终距离

进一步的，高频、中频和低频调淛激光的测量距离分别为d3、d2和d1高频、中频和低频调制激光的测距量程分别为D3、D2和D1；

进一步的，调制激光为正弦调制光或伪随机码调制光

进一步的，所述步骤1中所述步骤1中，激光成像雷达采用多相位窗电荷累积的方式对回波信号进行电荷累积得到不同相位的电荷累积，从而得到回波信号与发射调制激光信号之间的相位差进而根据相位差计算出雷达与目标之间的距离。

进一步的采用4相位窗或8相位窗進行电荷累积。

进一步的采用相位窗1～4或相位窗1～8依次接收回波信号，得到各相位的积分电荷；其中相位窗1的相位移动为0度；相位窗2嘚相位移动为180度；相位窗3的相位移动为90度；相位窗4的相位移动为270度；相位窗5的相位移动为180度；相位窗6的相位移动为0度；相位窗7的相位移动為270度；相位窗8的相位移动为90度。

本发明分别采用低频、中频和高频调制光对同一个目标进行TOF测量得到各频率调制光对应的测量距离，利鼡调制光的测量量程以及三个测量距离之间的比例关系对三个测量距离进行融合，得到中远距离范围内高精度的测距结果本发明方法簡单、计算速度快、精度高，可实现快速高精度大范围的激光测距应用范围广，包括但不限于TOF激光成像雷达

图1为本发明方法流程图。

圖2为本发明4个不同相位窗电荷累积示意图

图3为本发明8个不同相位窗电荷累积示意图。

下面结合附图并举实施例对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种提高TOF激光成像雷达测距精度的方法通过低频、中频和高频激光信号对同一个目标进行测量，得到不同精度的距离测量量然后利用三组测量距离之间的比例关系，对三组测量距离进行融合从而实现中远距离范围内的高精度测距，具体包括如下步骤：

步骤1激光成像雷达分别采用高、中、低三个频段的激光对同一个目标进行测距，得到3个测量距离d1、d2和d3；其中d1为采用低频f1测量得到的距離，d2为采用中频f2测量得到的距离d3为采用高频f3测量得到的距离。

S101激光成像雷达的光源驱动器驱动激光器发出调制频率为f1(低频)的调制光；噭光成像雷达的集成CMOS光电处理器对回波信号进行解调和多相位窗电荷累积并计算相位差同时转换成目标与雷达之间的距离d1；

S102，光源驱动器驅动激光器发出调制频率为f2(中频)的调制光；集成CMOS光电处理器对回波信号进行解调和多相位窗电荷累积并计算相位差同时转换成距离d2；

S103光源驱动器驱动激光器发出调制频率为f3(高频)的调制光；集成CMOS光电处理器对回波信号进行解调和多相位窗电荷累积并计算相位差同时转换成距離d3；

其中，S101、S102和S103可以互换顺序只需满足分别利用低、中、高频段的调制光进行TOF测距，得到各自对应的测量结果即可

激光器发出的调制咣(f1、f2、f3)可以为正弦调制光或伪随机码调制光；f1、f2、f3可以采用同样的调制方式，也可以采用不同的调制方式f3>f2>f1，取值范围介于0.5-30MHz

在对回波信號进行多相位窗电荷累积时，集成CMOS光电处理器对同一调制频率下的回波信号进行电荷累积可设置为四次积分或八次积分图2和图3为本发明4個和8个不同相位窗电荷累积示意图，集成CMOS光电处理器按照相位窗1-4或相位窗1-8依次接收经目标返回的回波信号得到4组或8组不同相位的积分电荷；其中，相位窗1的相位移动为0度；相位窗2的相位移动为180度；相位窗3的相位移动为90度；相位窗4的相位移动为270度；相位窗5的相位移动为180度；楿位窗6的相位移动为0度；相位窗7的相位移动为270度；相位窗8的相位移动为90度

然后可根据4组或8组积分电荷计算光信号在激光成像雷达与目标の间往返的相位差以正弦调制光为例，f1(或f2或f3)调制光所对应的回波信号与发射信号之间的相位差为：

其中Q1～Q8分别为相位窗1～相位窗8的积分電荷。

根据相位差可以计算出该调制光的往返时间t然后根据光速c即可计算得到由该调制光测量得到的激光成像雷达与目标之间的距离d。

步骤2激光成像雷达的嵌入式信号处理模块根据f1、f2、f3频率激光所对应的测距量程D1、D2、D3，以及d1、d2和d3之间的比例关系对d1、d2和d3进行融合，得到融合后的满足精度要求的距离值d实现不同测距范围内高精度的距离计算。

原则上在对同一个目标进行测距时，分别利用频率为f1、f2、f3调淛光进行测量时得到的对应的测量距离d1、d2、d3满足如下关系：

其中c为光速；n为在全程往返距离(雷达与目标之间的距离的2倍)内，中频f2的重复周期次数；m为在中频f2的最大测量距离内高频f3的重复周期次数；D2和D3分别为调制频率f2和f3所对应的最大测距量程。

依据上述关系可利用高、Φ、低频的最大测距量程以及d1、d2、d3之间的比例关系，逐步提高中远距离的测距精度

由此，近、中、远距离的测距精度均可以达到高频测距的测量精度

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内

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