本发明涉及激光测距技术和信号处理，尤其是一种基于全相位fft双子段相位法的激光测距方法。
背景技术：
1、近年来，随着激光器、探测器以及信号处理技术的不断发展，激光测距技术在无人驾驶、三维重建、雷达导航、无人机测绘等领域发挥着重要作用。目前常用的激光测距方法有脉冲测距法、三角测距法、调频连续波测距法、相位测距法。脉冲测距法具有测量距离远、抗干扰能力强等优点，其缺点为测量精度低、成本高，精度一般为厘米级；三角测距法具有精度高、低成本、测量速度快等优点，在短距离精度为毫米级，其缺点是随着距离的增加精度会越来越低；调频连续波测距法具有精度高、可测量速度等优点，精度一般为毫米级，其缺点是成本高、信号处理复杂；相对于上述激光测距方法，相位测距法在中短距离具有精度高、成本低、可靠性高等优点，其精度一般为毫米级，是目前中短距离内最常用的激光测距方法。
2、目前提高相位激光测距精度的方法包括提高调制信号频率和提高鉴相精度。提高调制信号频率会增加对电路的性能要求，也会加重信号间的串扰。因此提高相位激光测距精度的方法主要为鉴相方法，鉴相方法分为模拟法和数字法。模拟法通常采用大量模拟电路测相，它存在温漂、零漂严重，抗干扰能力差等问题。模拟法电路实现复杂，对器件要求较高，在稳定性和可靠性方面都很不理想。常用的数字鉴相法有自动数字法、数字相关法、数字同步解调法、谱分析法等。自动数字鉴相法对回波信号和放大整形电路要求较高，同时需要自动增益控制电路调节回波信号幅值，确保接收到的信号在适当范围内。数字相关法在相关性较强的谐波信号干扰下会出现较大鉴相误差。数字同步解调法中的直流信号受电流噪声干扰较大，且噪声不易滤除，从而影响鉴相精度。
3、谱分析法具有运算小、易于实现、精度高等优点，适用于高速、高精度的相位激光测距。在实际相位式激光测距中，由于频率源抖动或信号干扰会引起被测信号随机的频率偏移，无法做到严格的同步采样。因此在实际使用谱分析鉴相法时，会产生频谱泄漏。为了抑制频谱泄漏，提高鉴相精度，通常的做法是使用全相位fft谱分析法(apfft)。全相位fft具有良好的抑制频谱泄漏效果、相位不变性、计算量小的优点。
4、然而在实际的相位式激光测距中，并不需要谱分析方法全部具备以上优点，而是更侧重要求高鉴相精度。因此在给定样本数量下fft法和全相位fft法仍然存在鉴相精度不高的问题。
技术实现思路
1、针对在相位式激光测距中，给定样本数量下fft法和全相位fft法的鉴相精度仍需提高的问题，本发明提出了基于全相位fft双子段相位法的激光测距方法。该方法在高信噪比下鉴相精度高于全相位fft法，使得鉴相精度得到提升，具有一定的工程应用价值。
2、本发明解决其技术问题所采用的方案是：
3、对于相位式激光测距系统，激光器发射经幅度调制的连续波激光，激光通常被调制为具有特定频率的正弦波。发射的激光达到目标物体后发生反射，反射光经光电探测器和模数转换器后转变为回波信号，回波信号为离散的数字序列。离散序列包含了激光的相位信息，微处理器通过全相位fft双子段相位法提取回波信号与参考信号的相位信息，最后通过相位差计算出目标物体的距离。
4、一种基于全相位fft双子段相位法的激光测距方法，包括以下步骤：
5、步骤一，对回波信号采样2n-1个样点，获得回波信号的离散序列x(n)，其中-n+1≤n≤n-1且n为整数，从2n-1个样点中取出n个不同的子段，每个子段都含中心样点x(0)，子段的样点数均为n个，以中心样点x(0)为起点，x(n-1)为终点作为第1个子段x0；以x(-1)为起点，x(n-2)为终点作为第2个子段x1；以此类推，以x(-n+1)为起点，x(0)为终点作为第n个子段xn-1。即n个子段可表示为：
6、x0＝[x(0)，x(1)，…，x(n-2)，x(n-1)]
7、x1＝[x(-1)，x(0)，…，x(n-3)，x(n-2)]
8、…
9、xn-2＝[x(-n+2)，x(-n+3)，…，x(0)，x(1)]
10、xn-1＝[x(-n+1)，x(-n+2)，…，x(-1)，x(0)]
11、步骤二，对每个子段的样点进行左移，左移量为m，从第1个子段到第n个子段，m分别为0，1，2，…，n-1，即左移后n个子段可表示为：
12、x0＝[x(0)，x(1)，…，x(n-2)，x(n-1)]
13、x1＝[x(0)，x(1)，…，x(n-2)，x(-1)]
14、…
15、xn-2＝[x(0)，x(1)，x(-n+2)，…，x(-1)]
16、xn-1＝[x(0)，x(-n+1)，…，x(-2)，x(-1)]
17、步骤三，取第1个子段x0和第n个子段xn-1作为首子段和尾子段，对首子段和尾子段分别进行离散傅里叶变换，根据变换结果分别求首子段和尾子段的相位；
18、步骤四，将首子段和尾子段的相位相加求平均，平均值即为回波信号的相位；
19、对参考信号做步骤一到步骤四操作，得到参考信号的相位；
20、将回波信号和参考信号的相位作差，差值即为相位差，通过相位差进一步计算距离值。
21、本发明的有益效果：
22、本发明还提出了一种基于全相位fft双子段相位法的激光测距方法，该方法首先对激光参考信号和回波信号进行采样获取原始数据，然后利用全相位fft双子段相位法进行相位估计，最终通过相位差计算得到准确的测距结果，实现了高精度的测距功能。在较高信噪比下，全相位fft双子段相位法鉴相精度高于全相位fft法，通过该系统及方法可以提高相位式激光测距的精度，为各种应用场景提供更可靠的测距数据支持。
1.一种基于全相位fft双子段相位法的激光测距方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于全相位fft双子段相位法的激光测距方法，其特征在于，步骤一包括：
3.根据权利要求1所述的基于全相位fft双子段相位法的激光测距方法，其特征在于，步骤三包括：
