脈沖激光測距誤差分析及精度提高改進(jìn)方法

于玉亭，涂德鳳

（安徽新華學(xué)院 電子通信工程學(xué)院，安徽 合肥230008）

激光具有單色性、相干性、方向性和高亮度的特性，且有定距精度高、抗電磁干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)［1］。因此，激光技術(shù)在如激光測距、激光測速、激光成像等許多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。由于回波信號(hào)的強(qiáng)度和所探測目標(biāo)的特性有關(guān)，而且即使是同一目標(biāo)、同一距離,若目標(biāo)和光路的夾角不同，回波的強(qiáng)度也不相同，這就導(dǎo)致經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換后的脈沖回波信號(hào)的形狀和幅度有很大差異。目前，在脈沖激光測距中主要采用的是固定閾值判斷電路，但這種電路會(huì)因回波幅值的變化引起轉(zhuǎn)化后的數(shù)字脈沖前沿時(shí)刻變化，引入比較大測距誤差［2-6］。本文在分析脈沖激光測距誤差產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算出的激光發(fā)射頻率、電容充放電時(shí)間、A／D采樣時(shí)間等參數(shù)來設(shè)計(jì)高精度峰值跟隨電路，并針對脈沖回波信號(hào)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)軟件濾波算法來減小測距誤差。

1　誤差來源及分析

根據(jù)激光探測距離方程，激光接收機(jī)的回波信號(hào)幅值電壓表示為

其中：PT為發(fā)射功率；R為激光測距儀與目標(biāo)間的距離；θ為激光光束與目標(biāo)法線間夾角；為接收光學(xué)系統(tǒng)透過率；為發(fā)射光學(xué)體統(tǒng)透過率；ρ為目標(biāo)反射率；Ar為接收機(jī)有效接收孔面積，為接收孔徑；η為雙程大氣透過率，與激光波長和大氣能見度有關(guān)；為探測器的響應(yīng)靈敏度。探測器測試示意圖如圖1所示。

圖1　探測器測試示意圖

不同目標(biāo)（土地、沙漠、灌木叢、雪地、水面）的光學(xué)反射特性差異很大，且隨著激光探測器發(fā)射光束與目標(biāo)法線間夾角的不同，目標(biāo)的反射率也有很大的差別［7］，如表 1 所示?！?br>