一种自适应分段增益的多波长激光测距方法及系统

1.一种自适应分段增益的多波长激光测距方法,其特征在于，包括：S1.多波长激光器在触发信号控制下，经发射光学系统发射激光脉冲；触发方式包括同步发射、等间隔发射以及编码发射；S2.激光脉冲被目标反射形成回波，由接收系统使各波长回波分别被探测器接收；S3.不同波长回波经分段增益模块转换为电信号，再经高速模数转换生成数字信号，控制处理模块对数字信号处理，根据设计需要来计算包括测距值、回波强度在内的信息；S4.通过自适应分段增益设置来解决远距离微弱信号和近距离强信号的同时探测问题：在近距离范围内，使用低放大倍率的增益电路，抑制近距离信号回波强度；在近距离范围外，切换至高放大倍率的增益电路，提高远距离微弱信号的探测能力；同时根据测量范围的需要，进一步增加增益的分区数，形成阶梯增益；同时依据回波测距值等对分段区域自适应调整，避免信号失真；S5.控制处理模块将处理后的数据与上位机进行通信和传输。 2.根据权利要求1所述的一种自适应分段增益的多波长激光测距方法，其特征在于，所述S1中同步发射、等间隔发射以及编码发射分布适配的场景额为：同步发射方式，用于不同介质的同时探测；等间隔发射方式，目的是为了保证激光触发间隔的均匀性，从而保证测量点云的均匀性，方便后续点云处理过程；编码发射方式，能够进一步拓展测距不模糊范围以及抗其它激光雷达干扰能力，通过对不同波长激光器的触发间隔进行编码，同时根据不同波长接收回波的测距值之间的相对位置关系，判断回波与第几次激光触发匹配，突破单脉冲的测距模糊范围限制，或判断回波是否属于本系统发出的激光脉冲回波，避免其它激光测量系统的干扰。 3.根据权利要求1所述的一种自适应分段增益的多波长激光测距方法，其特征在于，所述S2中接收系统方面采用分光和窄带滤光的方式使得不同波长的回波分别被探测器接收，避免不同波长的激光脉冲相互干扰。 4.根据权利要求1所述的一种自适应分段增益的多波长激光测距方法，其特征在于，所述S4中增益的分区的设置方法为：系统的测距范围设计为d min ～d max ，增益档位总数为L档，则第i档增益和第i+1档增益的交界处距离d g-i 设为：式中，d max 和d min 分别为交界处距离的最大和最小值，对应交界调整范围的上限和下限对应的距离。 5.根据权利要求1所述的一种自适应分段增益的多波长激光测距方法，其特征在于，所述S4中同时依据回波测距值等对分段区域自适应调整，避免信号失真，具体方法为：设上一次激光触发所获得的回波测距值为d measured ；设回波与交界位置之间的时间间隔为Δt e-b ，由回波测距值和交界位置距离通过光速c转换得到，即:设调整阈值为T adj ,交界调整范围下限为T org ，交界调整范围上限为T org +ΔT,调整后的第i档增益和第i+1档增益的交界处距离为 判断|Δt e-b |与T adj 的大小关系，以及Δt e-b 与交界调整范围的相对位置；当|Δt e-b |<T adj 且Δt e-b 接近范围下限时，即 将交界处调整至范围上限对应的距离：当|Δt e-b |<T adj 且Δt e-b 接近范围上限时，即 将交界处调整至范围上限对应的距离：当|Δt e-b |≥T adj ，交界处位置保持不变，即：当交界位置调整至容许调整范围的上限或下限时，可将交界位置重新调整至下限、上限、初始位置或任一无回波的位置d reset :若 或 则 6.根据权利要求1所述的一种自适应分段增益的多波长激光测距方法，其特征在于，所述S1中多波长激光器中等间隔发射方式具体为：对于M个波长的激光收发模块，设置单波长激光器的触发频率为PRR后，不同波长激光器之间的触发间隔设为 按照计算出的触发间隔，依次触发不同波长的激光器发射激光脉冲；即首个波长的激光器发射后，经过特定时间间隔触发第二个波长的激光器发射，依此类推，直至所有M个波长的激光器都完成一次发射；随后重新从第一个波长的激光器开启新一轮发射，如此循环，保证激光触发间隔均匀；发射的激光脉冲被目标反射形成回波，接收光学系统负责收集这些回波；不同波长的回波经分光系统分光后，分别由对应的探测器接收并转化为电信号，再通过高速模数转换生成数字信号；控制处理模块对这些数字信号进行处理，计算出包括对应的测距值以及不同波长的回波强度在内的信息；由于等间隔发射方式中不同波长的激光脉冲并非同时发射，不同波长的回波测量的并非同一目标，则通过不同波长点云的上采样插值来达成同一目标的光谱配准。 7.根据权利要求6所述的一种自适应分段增益的多波长激光测距方法，其特征在于，所述不同波长点云的上采样插值来达成同一目标的光谱配准的方法具体为：不同波长点云的上采样插值及光谱配准只需考虑扫描线方向；假设波长λ 1 的第j次激光触发的回波强度为 则对回波强度序列 进行M倍插值得到插值后的回波强度序列 计算公式如下：式中，k表示插值后序列 以及相关中间插值序列的索引值； 序列为 序列的值两两之间插入M-1个0，于是 序列的长度变为 序列的M倍；对于插值前后的回波强度序列，有：因此对于等间隔发射的M个波长的回波强度序列而言，第m个波长的第j次激光触发获得的目标光谱信息为：式中，每个参数表示λ 1 表示I j 表示等间隔发射的M个波长的回波强度序列中，第j次激光触发时，由各个波长对应插值后回波强度值组成的向量，代表了此次触发获得的目标光谱信息；M表示插值倍数，表示对原始回波强度序列进行插值时，将其数据密度增加的倍数；m表示用于标识多波长系统中的第m个波长，m＝1,2,…,M。 8.根据权利要求1所述的一种自适应分段增益的多波长激光测距方法，其特征在于，所述S4中自适应分段增益的具体方法为：在探测器后端的跨阻放大电路中设置并联多档阻值的电阻，每一个并联电阻串联一个开关器件，用于控制电阻在跨阻放大电路中的接通与断开；开关器件由控制及处理模块通过高低电平控制开关跨阻放大电路的等效跨阻为：其中g(i)＝0,1为第i个开关的状态，R i 为第i个电阻的阻值。 9.一种自适应分段增益的多波长激光测距系统，其特征在于，包括：激光发射单元，用于多波长激光器在触发信号控制下，经发射光学系统发射激光脉冲；触发方式包括同步发射、等间隔发射以及编码发射；回波接收单元，用于激光脉冲被目标反射形成回波，由接收系统使各波长回波分别被探测器接收；信号转换与处理单元，用于不同波长回波经分段增益模块转换为电信号，再经高速模数转换生成数字信号，控制处理模块对数字信号处理，根据设计需要来计算包括测距值、回波强度在内的信息；增益调节单元，用于通过自适应分段增益设置来解决远距离微弱信号和近距离强信号的同时探测问题：在近距离范围内，使用低放大倍率的增益电路，抑制近距离信号回波强度；在近距离范围外，切换至高放大倍率的增益电路，提高远距离微弱信号的探测能力；同时根据测量范围的需要，进一步增加增益的分区数，形成阶梯增益；同时依据回波测距值等对分段区域自适应调整，避免信号失真；控制处理单元，用于控制处理模块将处理后的数据与上位机进行通信和传输。 10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行权利要求1-8任一项所述的自适应分段增益的多波长激光测距方法。