一种水下激光测距仪及测距方法

摘要

本发明公开了一种水下激光测距仪及测距方法，该测距仪包括密封箱、支架、第一激光测距模块、第二激光测距模块、前反射板、后反射板、步进电机、输出接口、电源、控制模块、数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块和显示模块；本发明激光测距仪使用第一激光测距模块对两块距离已知的反射板测距，根据拟合算法获取矫正系数，并根据矫正算法矫正第二激光发测距模块对目标物体所测距离数据，获得高精度水下距离。本激光测距仪测量精度与水体折射率等光学特性无关，具有测量精度高、使用范围广的优点。

主权项

一种水下激光测距仪，其特征在于，包括密封箱(1)、支架(2)、第一激光测距模块(4)、第二激光测距模块(3)、前反射板(8)、后反射板(7)、步进电机(9)、输出接口(10)、电源、控制模块、数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块和显示模块；所述电源、控制模块、数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块和显示模块均置于密封箱(1)内；所述步进电机(9)置于密封箱(1)内，其输出轴穿过密封箱(1)的上表面，所述前反射板(8)与步进电机(9)的输出轴固定连接；所述第一激光测距模块(4)包括第一激光相位探测装置(5)和第一激光发射装置(6)；所述第二激光测距模块(3)包括第二激光相位探测装置(12)和第二激光发射装置(13)；所述第一激光测距模块(4)、后反射板(7)和支架(2)依次固定在密封箱(1)的上表面，所述第二激光测距模块(3)与支架(2)转动连接；所述前反射板(8)置于第一激光测距模块(4)和后反射板(7)之间，所述第一激光发射装置(6)的发射口正对后反射板(7)，其激光出射方向与后反射板(7)的中轴线在同一水平面，相互平行且不重合；所述第一激光测距模块(4)、第二激光测距模块(3)、步进电机(9)、输出接口(10)、控制模块、数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块和显示模块均由电源供电；所述第一激光测距模块(4)、第二激光测距模块(3)、步进电机(9)、数据处理模块、显示模块和输出接口(10)均与控制模块相连；所述第一激光测距模块(4)、第二激光测距模块(3)、数据存储模块和数据处理模块均与数据采集模块相连，所述数据处理模块、显示模块和输出接口均与数据存储模块相连；所述显示模块设有显示窗口(11)，所述显示窗口(11)嵌于密封箱(1)的上表面；所述数据采集模块实时采集第一激光发射装置(6)和第二激光发射装置(13)的发射激光频率和发射激光相位、第一激光相位探测装置(5)和第二激光相位探测装置(12)所探测的反射激光相位；将采集的数据实时传输至数据处理模块和数据存储模块；所述数据处理模块分为激光测距距离计算模块与激光测距距离矫正模块；所述激光测距距离计算模块根据发射激光频率、发射激光相位及激光相位探测装置所测反射激光相位，计算未经矫正的距离数据，具体为：分别记f_s1和f_s2为两次发射激光的频率；为当发射激光频率为f_s1时，发射激光相位与激光相位探测装置探得的反射激光相位的相位差；为当发射激光频率为f_s2时，发射激光相位与激光相位探测装置探得的反射激光相位的相位差；c＝2.9979×10⁸m/s为真空中光速，n＝1.3333为纯水中光的折射率，则激光测距仪所测距离D：所述激光测距距离矫正模块对前反射板(8)与第一激光发射装置(6)之间的距离X₁、后反射板(7)与第一激光发射装置(6)之间的距离X₂作矩阵运算，获得矫正系数；矫正系数计算公式如下：$\left[\begin{array}{c}a\\ b\end{array}\right]={\left(\left[\begin{array}{cc}{x}_1^{\prime }& 1\\ x_2^{\prime }& 1\end{array}\right]{\left[\begin{array}{cc}{x}_1^{\prime }& 1\\ x_2^{\prime }& 1\end{array}\right]}^T\right)}^{-1}\left(\left[\begin{array}{cc}{x}_1^{\prime }& 1\\ x_2^{\prime }& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\end{array}\right]\right)---\left(2\right)$其中，X′₁为第一激光测距模块(4)所测的第一激光测距模块(4)到前反射板(8)的距离，X′₂为第一激光测距模块(4)所测的第一激光测距模块(4)到后反射板(7)的距离，X₁为前反射板(8)与第一激光发射装置(6)之间的距离，X₂为后反射板(7)与第一激光发射装置(6)之间的距离，X₁和X₂均已知，a、b为矫正系数；对第二激光测距模块(3)做距离矫正的原理如下：L＝a·L′+b   (3)其中L′为第二激光测距模块(3)测得的距离，L为矫正后的距离，亦即实际距离。