激光雷达回波接收装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种激光雷达回波接收装置及控制方法。装置含有激光发射和接收部件等，还包含微型计算机（７）和与其电连接的切割光路、遮挡低空回波信号的斩光部件、输出时间基准信号的基准信号部件（３）、产生触发信号和伺服电机（９）控制信号的时序信号部件（４）、远距离触发的信号驱动部件（５）；方法包括确定激光发射部件（６）的触发模式以产生重复率信号，确定伺服电机（９）的状态以产生时间基准信号，根据探测的高度、斩光盘（１）上圆孔（２）和叶片（１１）间的圆心角及伺服电机（９）状态产生延时值Δｔ，由重复率信号和时间基准信号来产生同步信号并将其延迟Δｔ后，产生触发激光发射部件（６）的触发信号。它使用方便、快捷，可靠性高。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种雷达装置及运行方法，尤其是。
技术介绍
目前，人们为了探测高空平流层气溶胶的状态，常使用激光雷达。激光雷达在探测时需要接收10～40Km左右的激光回波信号，模拟计算和实际测量结果都表明，10～40Km激光回波信号强度的动态范围近6个数量级。在低空，每上升3Km回波信号强度约减少一个数量级；在高空，则每上升10Km回波信号强度才减少一个数量级。为提高探测的高度，人们只得增加激光器的发射功率或提高探测器的灵敏度。可是，这又引发了一个新问题，即低空回波信号很强，轻则使接收系统饱和，重则造成高灵敏度的探测器损坏；以光电倍增管为例，强光照射会使阴极材料疲劳，需要很长时间才能恢复。这必将使激光雷达的探测结果误差很大。为解决这一问题，在2002年3月20日公布的中国专利技术专利申请公开说明书CN 1340702A中披露了一种《多波长激光雷达可程序控制的光闸装置及控制方法》。它由激光发射部件、接收部件和可程序控制其开通与关断的光闸部件等构成，其中，激光发射部件采用Nd-YAG激光器和XeCl激光器；接收部件为接收望远镜和含有光电倍增管的多只光电转换器；光闸部件由高速交流电机轴上的光闸叶片、光闸叶片两侧的两套光闸信号检测电路、高速交流电机的可编程调频电源以及与该电源和前述的激光发射部件电连接的作为控制器的Z64180单片机与EPROM及面板手动开关组成；光闸叶片置于接收望远镜的近焦点处。工作时，根据探测高度的需要，通过控制器中的面板手动开关来人为地设定光闸叶片于接收光路上的位置，即光闸叶片是开通还是关断光电转换器前的接收光路，以遮挡住较强的低空回波信号，确保在探测大气的整个过程中，光电转换器均能工作在正常的范围内。但是，这种多波长激光雷达可程序控制的光闸装置及控制方法存在着不足之处，首先，使用不便，自动化程度不高，需人工间接地设定开通或关断接收光路；其次，结构复杂、集成度低，导致易出故障，可靠性差；再次，完成一次开关光闸所需的时间较长，使激光雷达难于快速地分别对高低空的目标进行实时探测。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种使用方便、工作可靠，可快速实时探测的。激光雷达回波接收装置含有激光雷达中的激光发射部件、接收部件和斩光部件，所说接收部件包含接收望远镜和光电转换器，所说斩光部件包含电机、电机控制器和电机轴上的叶片，所说叶片的旋转半径置于所说接收望远镜的焦平面处，特别是所说装置还包括微型计算机和与其电连接的斩光部件、基准信号部件、时序信号部件和信号驱动部件；所说斩光部件包含伺服电机控制器和与其电连接的伺服电机，以及伺服电机轴上的带有圆孔和叶片的斩光盘，用于切割基准信号部件的光通路来使其产生时间基准信号，及使叶片适时地置于光电转换器之前以遮挡低空回波信号；所说基准信号部件包含发光二极管和光电三极管，它们分别置于所说圆孔旋转半径的两侧，以输出时间基准信号；所说时序信号部件包含时序信号处理器和数模转换卡，其中，时序信号处理器由三块定时器/计数器级连而成，它们中的第一块的输出端与第二块的门控端相接，第二块的时钟端接基准信号部件的输出端、输出端接第三块的门控端，第三块的输出端接至信号驱动部件的输入端，三块定时器/计数器均经微型计算机的地址译码器同其地址总线相连接，其工作模式分别为，第一块工作于内部时钟、内部触发模式，用于产生原始的重复率信号，第二块工作于外部时钟、外部触发模式，用于实现重复率信号和时间基准信号的同步以产生同步信号，第三块工作于内部时钟、外部触发模式，用于对同步信号于微型计算机送来的延时值的基础上进行延时以产生触发信号，数模转换卡的输出端接伺服电机控制器，用于产生斩光盘转速的控制信号，斩光盘的启动、转向和制动的控制信号由微型计算机送来的数字信号产生；所说信号驱动部件包含时基电路、电压比较电路和放大电路，以将时序信号部件输出的负脉冲触发信号转变成正脉冲触发信号，并对其进行整形和提升带负载的能力，用于远距离地触发激光发射部件。作为装置的进一步改进，所述的伺服电机为1628型高速伺服电机；所述的伺服电机控制器为BLD3502型伺服电路；所述的叶片为两片，分别置于斩光盘圆心对称的两端；所述的基准信号部件中的发光二极管为红外发光二极管；所述的基准信号部件为GK122型透射式光开关组件；所述的时序信号部件中的定时器/计数器为PCL-836定时器/计数器，该PCL-836定时器/计数器置于微型计算机主板的ISA扩展槽中，其上的级连而成的两组三块定时器/计数器分别用于触发不同的激光器，其数字量输出端口的①、②、③、 (地)端接至BLD3502型伺服电路板的对应端，用于控制伺服电机的启动、转向、制动；所述的时序信号部件中的数模转换卡为PCL-728数模转换卡，该PCL-728数模转换卡置于微型计算机主板的ISA扩展槽中，其输出端口CH1与BLD3502型伺服电路的输入端相连接；所述的信号驱动部件中的时基电路为555通用时基电路，电压比较电路为393通用电压比较电路，放大电路为射极跟随放大器。激光雷达回波接收装置的控制方法包括触发激光雷达中的激光发射部件发射激光，以及由接收部件接收回波信号，特别是所说方法包含以下步骤确定激光发射部件的触发模式，产生一个代表触发模式的重复率信号；确定伺服电机的状态，并产生一个时间基准信号；根据探测的高度，参考斩光盘上的圆孔和叶片间的圆心角，以及伺服电机的转向、转速，产生一个延时值Δt；由重复率信号和时间基准信号来产生一个同步信号；将同步信号延迟Δt后，产生触发激光发射部件的触发信号。相对于现有技术的有益效果是，其一，整个回波接收装置均在微型计算机的统一控制下运行的，在一次设定相关的参数后，用户只需输入探测的高度值就可由装置获得测量的结果，既方便，又快捷；其二，斩光盘上同时带有以产生时间基准信号的圆孔和用于遮挡低空回波信号的叶片，由时间基准信号就可得知叶片的准确位置，省却了叶片位置的检测部件，提高了装置的集成度及可靠性；其三，能连续、快速、实时地分别对高低空的目标进行探测。附图说明下面结合附图对本专利技术的优选方式作进一步详细的描述。图1是本专利技术的一种基本结构示意图；图2是图1中时序信号部件构成之一的PCL-836定时器/计数器的连线图；图3是图1中信号驱动部件的一种实施例电路结构图； 图4是本专利技术控制方法的流程图；图5是图1所示装置的工作流程图；图6是本专利技术的控制信号时序图，其中，(A)为装置产生的原始触发信号，即重复率信号，此信号并不用于触发激光发射部件，(B)为基准信号部件被斩光部件切割光通路后产生的时间基准信号，(C)为将重复率信号和时间基准信号同步后所产生的带有叶片位置的同步信号，(D)为将同步信号延时Δt后用于触发激光发射部件的触发信号；图7是使用本专利技术后的实际效果图，其中，横坐标为探测高度，单位为千米，纵坐标为激光回波信号强度，单位为光子数；图中9Km以下所出现的波峰为光电倍增管接通时的噪音。具体实施例方式参见图1、图2和图3，激光雷达回波接收装置包括一台微型计算机7，一个斩光部件，一个接收部件，一个基准信号部件3，一个时序信号部件4，一个信号驱动部件5和一个激光发射部件6。该微型计算机7分别与斩光部件、基准信号部件3、时序信号部件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光雷达回波接收装置，含有激光雷达中的激光发射部件（６）、接收部件和斩光部件，所说接收部件包含接收望远镜（１２）和光电转换器（１０），所说斩光部件包含电机、电机控制器和电机轴上的叶片（１１），所说叶片（１１）的旋转半径置于所说接收望远镜（１２）的焦平面处，其特征是：所说装置还包括微型计算机（７）和与其电连接的斩光部件、基准信号部件（３）、时序信号部件（４）和信号驱动部件（５）；所说斩光部件包含伺服电机控制器（８）和与其电连接的伺服电机（９），以及伺服电机轴 上的带有圆孔（２）和叶片（１１）的斩光盘（１），用于切割基准信号部件（３）的光通路来使其产生时间基准信号，及使叶片（１１）适时地置于光电转换器（１０）之前以遮挡低空回波信号；所说基准信号部件（３）包含发光二极管和光电三极管，它们分别 置于所说圆孔（２）旋转半径的两侧，以输出时间基准信号；所说时序信号部件（４）包含时序信号处理器和数模转换卡，其中，时序信号处理器由三块定时器／计数器级连而成，它们中的第一块的输出端与第二块的门控端相接，第二块的时钟端接基准信号部件（ ３）的输出端、输出端接第三块的门控端，第三块的输出端接至信号驱动部件（５）的输入端，三块定时器／计数器均经微型计算机（７）的地址译码器同其的地址总线相连接，其工作模式分别为，第一块工作于内部时钟、内部触发模式，用于产生原始的重复率信号，第二块工作于外部时钟、外部触发模式，用于实现重复率信号和时间基准信号的同步以产生同步信号，第三块工作于内部时钟、外部触发模式，用于对同步信号于微型计算机（７）送来的延时值的基础上进行延时以产生触发信号，数模转换卡的输出端接伺服电机控制器（８），用于产生斩光盘（１）转速的控制信号，斩光盘（１）的启动、转向和制动的控制信号由微型计算机（７）送来的数字信号产生；所说信号驱动部件（５）包含时基电路、电压比较电路和放大电路，以将时序信号部件（４）输出的负脉冲触发信号转变成正脉冲触发 信号，并对其进行整形和提升带负载的能力，用于远距离地触发激光发射部件（６）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：方海涛，吴永华，
申请(专利权)人：中国科学院安徽光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]