一种改进型脉冲激光雷达的时刻鉴别系统技术方案

本发明专利技术涉及激光雷达测绘技术领域，公开了一种改进型脉冲激光雷达的时刻鉴别系统，包括信号放大模块、自动增益控制模块、恒比定时鉴别模块和时间测量模块；所述信号放大模块用于将接收到的激光雷达系统回波脉冲信号的光信号转化为电压信号，并进行放大；所述自动增益控制模块用于利用芯片AD603构造自动增益控制电路，对输入信号进行处理，使恒比定时电路接收到动态范围较小的信号；所述改进型恒比定时鉴别模块包括前沿鉴别单元、恒比定时鉴别单元、逻辑门单元；所述时间测量模块包括时间测量单元和MCU单元。本发明专利技术可通过自动增益控制单元压缩信号动态范围，减小因为幅值变化带来的定时点误差。的定时点误差。的定时点误差。

【技术实现步骤摘要】
一种改进型脉冲激光雷达的时刻鉴别系统


[0001]本专利技术涉及激光雷达测绘
，尤其涉及一种以电路设计为主的改进型脉冲激光雷达的时刻鉴别系统。

技术介绍

[0002]激光雷达作为自动驾驶中的核心传感器设备，随着自动驾驶的持续火热，逐渐走入大众视野。为实现激光雷达高精度测量，提高接收电路中的时刻鉴别精度是一个重要的课题。脉冲激光雷达系统包括激光发射控制器、发射驱动电路、光电转换电路(APD)、放大电路、自动增益控制电路(AGC)、恒比定时鉴别电路和高精度时间测量电路(TDC)，时间测量法采用飞行时间进行距离测量。
[0003]根据现有研究成果，典型的信号时刻鉴别方法主要有三种：第一种是前沿时刻鉴时法，利用输入脉冲信号与固定阈值比较，在输入脉冲信号大于参考电压瞬间产生触发信号，送入TDC记录接收脉冲时刻，将该时刻作为定时点，因为回波脉冲的幅值变化会产生较大的行走误差，影响测距精度；第二种是高通阻容法，利用高通滤波器将单极性回波信号转换为双极性信号，即将脉冲信号峰值转化为类正弦信号的零点，后经过零比较器记录接收脉冲的时刻点，过零时刻鉴别法对输入信号幅值不敏感，可减小脉冲幅值变化引起的行走误差，但该方法受到脉冲幅值点的斜率影响，而且脉宽的大小也会带来测量的误差；第三种是恒比定时法，输入信号分两路，其中一路衰减，另一路延时，采用高速比较器对两路信号进行比较，通过比较器的正负极捕捉信号跳变，以此减小回波信号幅值变化引起的时间鉴别误差。
[0004]来自自动增益的信号经过衰减与延迟后的信号通过比较器获得定时点，但在延迟信号到来之前，衰减信号与延时信号幅值相当会使比较器输出不稳定甚至振荡，这样就无法消除由幅值变化带来的误差，所以一般还要加入偏置电平，也就是在衰减信号和延迟信号的交点处给延迟信号加入一个固定电平，幅值就是比较器最小翻转电平，这种偏置电压涉及到叠加的时刻问题，同时提高了电路结构复杂性。常用的延时电路有RLC延迟、传输线延迟。RLC延迟常常会导致波形畸变，且电路调试复杂。

技术实现思路

[0005]针对
技术介绍
中提出的上述传统鉴时方法的不足，本专利技术提供一种改进型脉冲激光雷达的时刻鉴别系统，更完善的时刻鉴别电路系统，实现高精度的时刻鉴别，以解决上述
技术介绍
中提出无法消除误差的技术问题。
[0006]本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种改进型脉冲激光雷达的时刻鉴别系统，包括信号放大模块、自动增益控制模块、恒比定时鉴别模块和时间测量模块；
[0008]所述信号放大模块用于将接收到的激光雷达系统回波脉冲信号的光信号转化为电压信号，并进行放大；
[0009]所述自动增益控制模块用于利用芯片AD603构造自动增益控制电路，对输入信号进行处理，使恒比定时电路接收到动态范围较小的信号；
[0010]所述改进型恒比定时鉴别模块包括前沿鉴别单元、恒比定时鉴别单元、逻辑门单元；前沿时刻鉴别单元由TLV3501高速比较器和ADA4665运放作电压跟随器构成；恒比定时鉴别单元由信号放大电路、信号延时电路和高速比较器构成，衰减信号与延迟信号交点后的差值和采用放大信号与延迟信号交点后的差值相比较小，这就造成了衰减信号与延迟信号产生的实际定时点与理想定时点有几ns的延后，而采用放大信号与延迟信号相交，实际定时点与理想定时点延后时间有较大缩短。这就降低了定时误差，提高了定时准确度；运算放大电路较传统的衰减电路，没有电阻阻值一致性问题，且放大倍数调节方便，便于后期调试；
[0011]所述时间测量模块包括时间测量单元和MCU单元。
[0012]优选地，信号放大模块包括跨阻放大器和反相放大器，跨阻放大器由芯片OPA657构成，该运放高速、高带宽，通常用于脉冲光转换，模块最小电流分辨率为0.1nA,同时有优于100M的模拟信号带宽，极低的偏置电流使得输出误差极小，反相放大器由芯片OPA695构成。跨阻放大器将光信号放大并转化为电压信号，反相放大器将电压信号进行翻转并送入自动增益控制电路。
[0013]优选地，自动增益控制模块包括一级放大电路、二级放大电路和检波器，两级放大电路对前级信号放大的同时也会把噪声放大，为了提高两级放大电路的信噪比，该两级电路采用了顺序控制连接方式。又为了减少两级放大器级联后的频带损失，设计时选用了电容直接耦合的方式。三极管2N3904和三极管2N3906级联构成检波器。输入信号依次通过一级放大电路和二级放大电路后输出，两个三极管构成的检波器在二级放大电路输出端对输出信号幅值进行检波，通过对电压幅值的比较和量化来控制增益的大小，实现自动增益控制。
[0014]优选地，经过实际测试，当信号在一定范围内恒比定时鉴别单元有较好的定时点，故自动增益控制电路输出信号要经过合适放大，第一路脉冲信号与设置的参考电压一起输入到前沿鉴别单元，TLV3501比较器为前沿鉴别单元的核心；第二路脉冲信号经过再次放大后和第三路延时信号进入TLV3501比较器，取第三路延时信号幅值和经过放大的第二路脉冲信号幅值相等时刻作为定时点，恒比定时鉴别单元获取脉冲信号的定时点与输入脉冲幅值无关；最后将两路比较器输出信号通过逻辑门，逻辑门输出信号上升沿对应时刻即为所鉴别出的脉冲信号时刻点。
[0015]优选地，在比较器电路中，回波脉冲信号和参考电压的阈值信号一同送入比较器的两输入端进行差值比较，适当设置参考电压的阈值大小可以减小噪声引起的时刻鉴别点的误判。
[0016]优选地，时间测量模块采用时间数字转换法实现高精度时间间隔测量，时刻鉴别系统上电，可编程逻辑控制器的发射脉冲作为触发信号进入时间测量模块作为开始信号，回波脉冲信号经过信号放大模块、自动增益控制模块、进入改进型恒比定时鉴别模块，将逻辑门产生的定时时刻作为停止信号，计算开始信号和停止信号之间的时间差，得到测量距离，将测量距离和真实距离进行数值拟合，得到函数关系，烧录MCU单元。
[0017]优选地，所述自动增益控制模块需要控制输出脉冲幅值范围在1.362V～2.487V的
范围内。
[0018]优选地，鉴时电路放大倍数与延时电路延时时间选择：因为要使放大后的脉冲信号下降沿斜率最大处和延时信号相交，所以要控制放大倍数和延时时间；在仿真电路中测得延时电路的延时时间的范围为：5～7ns、鉴时电路的放大倍数的范围为：1.3～1.5倍可以使定时点发生在放大信号的下降沿较陡峭处；实际测量时，将不同输入幅值的放大信号和延时信号送入示波器观察定时点，不断调整延时时间，保持放大倍数不变或者调整放大倍数，保持延时时间不变，得到最佳定时点，记录此时各项参数。
[0019]本专利技术具备以下有益效果：
[0020]1、通过自动增益控制单元压缩信号动态范围，减小因为幅值变化带来的定时点误差。
[0021]2、通过前沿鉴时电路进行预鉴时，比较器设置较高的阈值减小误判概率，再把固定比较器得到的高电平和恒比定时比较器得到的高电平通过与门得到最终需要的信号，可以提高时刻鉴别精度。
[0022]3、改进型脉冲激本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改进型脉冲激光雷达的时刻鉴别系统，其特征在于，包括信号放大模块、自动增益控制模块、恒比定时鉴别模块和时间测量模块；所述信号放大模块用于将接收到的激光雷达系统回波脉冲信号的光信号转化为电压信号，并进行放大；所述自动增益控制模块用于利用芯片AD603构造自动增益控制电路，对输入信号进行处理，使恒比定时电路接收到动态范围较小的信号；所述改进型恒比定时鉴别模块包括前沿鉴别单元、恒比定时鉴别单元、逻辑门单元；所述时间测量模块包括时间测量单元和MCU单元。2.根据权利要求1所述的改进型脉冲激光雷达的时刻鉴别系统，其特征在于，信号放大模块包括跨阻放大器和反相放大器，跨阻放大器用于将光信号放大并转化为电压信号，反相放大器用于将电压信号进行翻转并送入自动增益控制电路。3.根据权利要求1所述的改进型脉冲激光雷达的时刻鉴别系统，其特征在于，自动增益控制模块包括一级放大电路、二级放大电路和检波器，输入信号依次通过一级放大电路和二级放大电路后输出，两个三极管构成的检波器在二级放大电路的输出端对输出信号幅值进行检波，通过对电压幅值的比较和量化来控制增益的大小，实现自动增益控制。4.根据权利要求3所述的改进型脉冲激光雷达的时刻鉴别系统，其特征在于，对自动增益控制电路的输出信号进行如下处理：第一路脉冲信号与设置的参考电压一起输入到前沿鉴别单元，TLV3501比较器为前沿鉴别单元的核心；第二路...

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊，王浩杰，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：