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专利号: 202010698714X
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于GABP的脉冲激光测距误差补偿方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤1、设计硬件电路,所述硬件电路用于对光信号进行探测,将光信号转化为模拟电信号,然后采用固定阈值将模拟信号转化为数字信号;再将数字信号输入到时间测量单元,测量回波信号的脉冲宽度与原始飞行时间;

步骤2、设定不同位置的目标物;利用步骤1的数据获取方式获得回波信号的脉冲宽度和飞行时间误差的参数值;数据分析软件再利用GABP回归分析方法获得校正曲线网络参数,具体包括:1)对进行优化前的单BP神经网络进行训练;2)利用遗传算法优化BP神经网络的权值,阈值和方差;3)根据优化的参数建立的BP神经网络进行仿真验证;

步骤3、将步骤2获取的优化的神经网络参数写入微处理器;在60‑600cm的范围内进行实际测距试验,验证基于GABP补偿算法的测距机的测距精度;

所述步骤2的数据分析软件再利用GABP回归分析方法获得校正曲线网络参数主要步骤如下:i i i

1)获取原始数据后,整理数据如下:回波信号的脉冲宽度w j=t j2‑t j1,误差偏移量iOffset=tj1‑Δt‑R/30,i=1,2,3,4;j=1,2,…,10;Δt表示固定延迟时间;

2)将原始数据分为两部分,train集和test集,train集用来做网络模型训练,test集数据用于测试网络性能;train集的脉冲宽度和误差偏移量作为BP神经网络的输入和输出进行回归分析,获取其网络参数,包括训练次数、目标误差精度、学习率、中间层传递函数、网络训练函数;所述BP网络由输入层、隐含层和输出层组成,其学习算法由信息的正向传播和误差的反向传播两个过程组成:信息从输入层经隐含层处理后到达输出层,当实际输出与期望不相符时,进入误差的反向传播阶段;误差通过输出层,按梯度下降的方式修正各层权值,向隐含层、输入层逐层反传;两个过程不断迭代是各层权值不断调整的过程,也是BP网络学习训练的过程,直至输出误差降低到可接受的程度,或预先设定的学习次数为止;

同时利用GA遗传算法对BP网络的初始值进行训练,得到最优的网络参数,包括遗传种群大小、遗传代数在内的参数,再利用test集数据进行仿真验证;其中所述GA遗传算法步骤为:从任意初始群体出发,按照选择的适应度函数,通过随机选择、交叉和变异三项基本操作对个体进行筛选,适应度较好的个体获得较高生存率而被保留,适应度较差的获得较低生存率而被淘汰,从而产生更适应环境的后生代种群,这种过程不断迭代,直至最后收敛获取最适应环境的种群;

所述步骤2根据实际系统设定四种目标物,用于后面校正试验获取的工具;校正试验数据获取的主要步骤如下:(1)搭建实验平台,系统包括激光发射模块、接收模块、步骤1的硬件电路和信号处理模块,专用时间测量芯片TDC获取的时刻信息通过上位机保存;

(2)获取start信号时刻,采用905半导体激光器作为信号发射源,其电脉冲驱动信号的前沿时刻输入到TDC芯片,获取激光发射start信号时刻t0;

(3)在距离激光发射60cm处,分别放置目标1、2、3、4,通过TDC芯片测得回波信号的i istop1前沿t11和stop2后沿时刻t12,i=1,2,3,4;

(4)根据步骤(3)分别测量120cm、180cm、240cm、300cm、360cm、420cm、480cm、540cm和i i

600cm处,目标1、2、3、4的不同回波信号的前沿tj1和后沿时刻tj2;i=1,2,3,4;j=1,2,…,

10;

(5)将目标物放置于接收窗口处,测量系统的固定延迟时间Δt;

所述步骤3将步骤2获取的优化的神经网络参数写入微处理器;在60‑600cm的范围内进行实际测距试验,验证基于GABP补偿算法的测距机的测距精度,搭建实际测距系统,获取测距数据,并分析对比未校正、分段校正和GABP校正三种方法的测距精度,所述的分段校正方法为:在回波信号未饱和之前采用线性拟合公式,回波信号饱和以后采用对数拟合公式,具体为:y=‑0.2x+19(x<100)

y=‑3.02lgx+18.3(x≥100)

其中,y代表误差补偿量,x代表脉冲宽度。

2.根据权利要求1所述的一种基于GABP的脉冲激光测距误差补偿方法,其特征在于,所述步骤1设计的硬件电路具体包括:基于固定阈值回波探测电路和时间间隔测量电路,基于固定阈值回波探测电路的核心部分是光电探测器,其作用为探测回波信号,将光信号转化为电信号;时间间隔测量电路的核心部分是高速计时器或者专用时间测量芯片TDC,其作用是接收探测电路的信号,触发内部计时开始与停止,输出时间间隔,信号的上升和下降沿同时触发高速计时器或者TDC芯片工作,以能够获取信号脉冲宽度。