CN106160706A - 一种双通道时刻鉴别电路 - Google Patents

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周玉蛟
任侃
杨锦清
唐彦琴
孙爱娟
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Abstract

本发明提出一种新型双通道时刻鉴别电路。包括前沿时刻鉴别通道和恒定比时时刻鉴别通道，前沿时刻鉴别通道中，输入信号加于阈值比较器的正向输入端，电源电压经由电位器加于阈值比较器的反向输入端，阈值可根据电位器调整；恒定比时时刻鉴别通道中，输入信号一路经延时单元延迟加于高速比较器的正向输入端，一路经衰减单元衰减加于高速比较器的反相输入端，高速比较器的转态发生于两输入端的信号的相对大小改变的时刻；将阈值比较器和高速比较器的输出通过门电路相与，输出的信号则为所鉴别出的激光回波时刻。本发明能够有效避免因回波幅度和回波干扰引起的误差，提高了时刻鉴别精度，从而能够进一步有效提高脉冲式激光测距的测量精度。

Description

一种双通道时刻鉴别电路
技术领域
本发明属于激光测量领域，涉及一种双通道时刻鉴别电路，特别是一种恒定比值时刻鉴别电路，应用于激光雷达汽车智能防撞、城市建筑和规划、激光近炸引信、激光主动制导等领域。
背景技术
脉冲式激光测量采用激光器作为光源，以激光作为载波，根据飞行时间原理，通过检测激光发射脉冲与激光回波脉冲之间的时间差来测量距离，具备结构简单，价格低廉，可靠性高，抗干扰性能强，不需要合作目标等优点，在民用和军事上得到了广泛应用。
为了探测激光回波脉冲的到达时刻，一般采用时刻鉴别电路，时刻鉴别的目的在于将激光回波的模拟信号转换为一个具有时间信息的数字逻辑信号。当输入信号的幅值低于某一给定阈值，没有输出信号；而超过这一给定阈值，就输出一个一定幅值的信号，由此，将模拟信号转换为由高低电平表示的数字信号。实际情形是，激光回波脉冲在传输过程中容易受到空气中灰尘、烟雾、水汽等物体的衰减和干扰，回波波形会被不同程度的展宽和畸变，经过时刻鉴别电路之后的输出时间上存在差异，造成时间抖动。同时回波波形和所探测的目标特性有关，即使是同一目标，同一距离，目标和光路的夹角不同，回波的强度也不相同，导致经过光电转换后的电信号幅度随回波的强度变化而变化，不同幅度经过时刻鉴别电路之后在输出时间上产生差异造成时间抖动。
目前主要的时刻鉴别电路有阈值时刻鉴别电路和简单的恒定比时时刻鉴别电路，阈值时刻鉴别电路结构简单，但是其时刻鉴别的精度受回波幅度的干扰，对噪声有一定的抑制作用，但其时刻鉴别的精度受回波幅度的影响很大；简单的恒定比时时刻鉴别不受回波幅度的影响，但是测量远距离目标时，回波脉冲往往很弱、信噪比低，会产生相应的干扰，这些干扰产生的时间扰动会影响简单的恒定比时时刻鉴别的精度。为了能够同时解决幅度和干扰引起的误差，有必要对上述时刻鉴别电路进行改进和创新。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双通道时刻鉴别电路，能够有效避免因回波幅度和回波干扰引起的误差，提高了时刻鉴别精度，从而能够进一步有效提高脉冲式激光测距的测量精度。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种新型双通道时刻鉴别电路，包括前沿时刻鉴别通道和恒定比时时刻鉴别通道，前沿时刻鉴别通道中，输入信号加于阈值比较器的正向输入端，电源电压经由电位器加于阈值比较器的反向输入端，阈值可根据电位器调整；恒定比时时刻鉴别通道中，输入信号一路经延时单元延迟加于高速比较器的正向输入端，一路经衰减单元衰减加于高速比较器的反相输入端，高速比较器的转态发生于两输入端的信号的相对大小改变的时刻；将阈值比较器和高速比较器的输出通过门电路相与，输出的信号则为所鉴别出的激光回波时刻。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于，本发明采用一种新型的双通道时刻鉴别电路，包括前沿时刻鉴别通道和恒定比时时刻鉴别通道结合，两通道相与获取激光回波的时刻，极大地提高了时刻鉴别的精度，保证了脉冲式激光测距的测量精度，一方面，前沿时刻鉴别通道通过设定合适的阈值，可避免鉴别的时刻受到叠加在激光回波上的噪声干扰而产生误触发；另一方面，恒定比时时刻鉴别通道，有效解决了激光回波脉冲幅度变化引起的时间游动，使鉴别的时刻不受回波幅度的变化产生影响，极大地提高了时刻鉴别的精度。
附图说明
图1是本发明双通道时刻鉴别电路的原理框图。
图2是本发明双通道时刻鉴别电路中前沿时刻鉴别电路图。
图3是本发明双通道时刻鉴别电路中恒定比时时刻鉴别电路图。
图4是本发明双通道时刻鉴别电路中恒定比时时刻鉴别通路中鉴别时刻与输入信号幅度的关系图。
具体实施方式
容易理解，依据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神的情况下，本领域的一般技术人员可以想象出本发明双通道时刻鉴别电路的多种实施方式。因此，以下具体实施方式和附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限制或限定。
结合图1，本发明双通道时刻鉴别电路包括前沿时刻鉴别通道和恒定比时时刻鉴别通道，前沿时刻鉴别通道中，输入信号加于阈值比较器的正向输入端，电源电压经由电位器加于阈值比较器的反向输入端，阈值可根据电位器调整；恒定比时时刻鉴别通道中，输入信号一路经延时单元延迟后加于高速比较器的正向输入端，另一路经衰减单元衰减后加于高速比较器的反相输入端，高速比较器的转态发生于两输入端的信号的相对大小改变的时刻；阈值比较器和高速比较器的输出通过门电路相与，输出的信号则为所鉴别出的激光回波时刻。
结合图2，前沿时刻鉴别通道包括阈值比较器U1和第一滑动变阻器R00。阈值比较器U1的正向输入端与输入信号Vin相连，反相输入端与第一滑动变阻器R1的第二脚相连；第一滑动变阻器R1的第一脚与供电电源VCC相连，第三脚接地。第一滑动变阻器R00作为电位器，阈值比较器U1的负向输入端通过滑动第一滑动变阻器R00改变阻值来设定一个恒定的直流电平，直流电平的数值根据回波波形的噪声情况统计确定。
结合图3，恒定比时时刻鉴别通道包括高速比较器U2，第一电阻R1，第二电阻R2，第三电阻R3，第四电阻R4，第一电容C1，第三电容C3；其中，
第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1组成衰减单元；第一电阻R1的第一端接输入信号Vin，第二端与第二电阻R2的第一端相连；第二电阻R2的第二端接地；第一电容C1的第一端接第二电阻R2的第一端，第一电容C1的第二端与高速比较器U2的负向输入端相连；高速比较器U2的负向输入端同时接入偏置电路；输入信号Vin通过第一电阻R1、第二电阻R2的分压进行衰减，再经第一电容C1滤掉直流信号输入到高速比较器U1的负向输入端；
第三电阻R3、第四电阻R4和第三电容C3组成延迟单元；第三电阻R3的第一端接输入信号Vin，第二端接第三电容C3的第一端；第三电容C3的第一端与第四电阻R4的第二端相连，其第二端接地；第四电阻R4的第一端与高速比较器U2的正向输入端相连，其第二端接地。
结合图3，第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第二滑动变阻器R01和第二电容C2组成偏置电路，其中，第五电阻R5的第一端与高速比较器U2的负向输入端相连，其第二端与第二电容C2的第一端相连；第六电阻R6的第一端与第二滑动变阻器R01的第三端相连，其第二端接-5V电源VEE；第七电阻R7的第一端接+5V电源VCC，其第二端与第二滑动变阻器R01的第一端相连；第二滑动变阻器R01的第二端与第二电容C2的第一端相连；第二电容C2的第二端接地；偏置电路通过滑动第二滑动变阻器R01改变阻值来调整分压，为高速比较器U1的负向输入端设置一个初始的偏压，防止没有信号输入时，比较器处于不稳定的状态而出现震荡。
结合图3，确定衰减单元的衰减因子和延时单元的延时时间时，设定回波峰值的1/3处为时刻鉴别的时刻点，则衰减因子k＝1/3，延时时间为式中td为延迟时间，k为衰减因子，tr为回波信号的上升时间，假定回波信号的上升时间为15ns，则计算可得延迟时间可设定为10ns。此时所确定的电路参数为：第一电阻R1为100欧姆，第二电阻R2为50欧姆，第三电阻R3为10毫欧姆，第四电阻R4为50欧姆，第一电容C1为1微法，第三电容C3为1微法，第五电阻R5为1000欧姆，第六电阻R6为1000欧姆，第七电阻R7为1000欧姆，第一滑动变阻器R01滑片处于20％处，第二电容C2为1微法。
结合图4，根据理论分析和实验验证，恒定比时时刻鉴别通道中各波形的示意图如图4所示，图中Vi(t)为输入信号波形，V1(t)为经延时后的信号波形，V2(t)为经衰减后的信号波形，Vo(t)为恒定比时时刻鉴别的输出波形，从图4中可以看出，当回波信号的幅度有很大差异时，恒定比时时刻鉴别通道鉴别出的时刻点t0恒定，该通道高速比较器的输出与回波信号的幅度无关，可很好地消除由于回波幅度不稳定引起的测距不准。

Claims (5)

1.一种双通道时刻鉴别电路，其特征在于，包括前沿时刻鉴别通道和恒定比时时刻鉴别通道；前沿时刻鉴别通道中，输入信号加于阈值比较器的正向输入端，电源电压经由电位器加于阈值比较器的反向输入端，阈值可根据电位器调整；恒定比时时刻鉴别通道中，输入信号一路经延时单元延迟后加于高速比较器的正向输入端，另一路经衰减单元衰减后加于高速比较器的反相输入端；阈值比较器和高速比较器的输出通过门电路相与，输出的信号为鉴别出的激光回波时刻。
2.如权利要求1所述双通道时刻鉴别电路，其特征在于，前沿时刻鉴别通道包括阈值比较器和第一滑动变阻器；阈值比较器的正向输入端与输入信号相连，其反相输入端与第一滑动变阻器的第二脚相连；第一滑动变阻器的第一脚与供电电源相连，第三脚接地。第一滑动变阻器R00作为电位器，阈值比较器U1的负向输入端通过滑动第一滑动变阻器R00改变阻值来设定一个恒定的直流电平，直流电平的数值根据回波波形的噪声情况统计确定。
3.如权利要求2所述双通道时刻鉴别电路，其特征在于，恒定比时时刻鉴别通道包括高速比较器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第三电容；其中，
第一电阻、第二电阻和第一电容组成衰减单元；第一电阻的第一端接输入信号，第二端与第二电阻的第一端相连；第二电阻的第二端接地；第一电容的第一端接第二电阻的第一端，第一电容的第二端与高速比较器的负向输入端相连；高速比较器的负向输入端同时接入偏置电路；
第三电阻、第四电阻和第三电容组成延迟单元；第三电阻的第一端接输入信号，第二端接第三电容的第一端；第三电容的第一端与第四电阻的第二端相连，其第二端接地；第四电阻的第一端与高速比较器的正向输入端相连，其第二端接地。
4.如权利要求3所述双通道时刻鉴别电路，其特征在于，所述偏置电路包括第五电阻、第六电阻、第七电阻、第二滑动变阻器和第二电容，其中，第五电阻的第一端与高速比较器的负向输入端相连，其第二端与第二电容的第一端相连；第六电阻的第一端与第二滑动变阻器的第三端相连，其第二端接电源；第七电阻的第一端接电源，其第二端与第二滑动变阻器的第一端相连；第二滑动变阻器的第二端与第二电容的第一端相连；第二电容的第二端接地。
5.如权利要求4所述双通道时刻鉴别电路，其特征在于，第一电阻为100欧姆，第二电阻为50欧姆，第三电阻为10毫欧姆，第四电阻为50欧姆，第一电容为1微法，第三电容为1微法，第五电阻为1000欧姆，第六电阻为1000欧姆，第七电阻为1000欧姆，第一滑动变阻器滑片处于20％处，第二电容为1微法。
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