CN106383346B - 脉冲激光扫描回波接收电路、接收方法及脉冲式激光扫描仪 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的脉冲激光扫描回波接收电路包括信号分离单元、信号积分器单元、信号放大单元、信号微分器单元及信号比较器单元，激光回波信号经信号分离单元分离成独立的第一分离信号及第二分离信号，第一分离信号依次经信号积分器单元、信号放大单元输入至信号比较器单元的反相输入端，第二分离信号经信号微分器单元后输入至信号比较器单元的同相输入端，信号比较器单元对输入的第一分离信号及第二分离信号的幅值进行比较，并整形输出数字信号，本发明提供的脉冲激光扫描回波接收电路，可以精准的提高单脉冲测量精度，在多回波情况时，可以区分开每个回波信号，电路结构简单，成本价格低，功耗低，易小型化，抗多回波重叠能力好，适合于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路设计及制造领域，尤其是涉及一种脉冲激光扫描回波接收电路、接收方法及脉冲式激光扫描仪。
背景技术
脉冲式激光扫描仪是向目标发送线阵激光脉冲，实时接收回波，实现激光测距的功能，并将所有激光采集点数据传送到系统控制器。由于脉冲式激光扫描仪实时单脉冲测距，速度快，可工作在红外不可见光波段，隐蔽性好等优点，目前广泛用于地形测量，战术前沿测距，地质勘探，自然灾害救援等应用领域。
由于在多回波密集的使用场合，比如树林，农田，会有成植被叠层间距离模糊，甚至无法区分地面与植被间的，发展多回波提取技术在脉冲式激光扫描仪中至关重要。
目前，脉冲式激光扫描仪回波接收电路，目前主要采用ADC(模数转换)采样法，阀值比较法，恒比定时法。
使用ADC(模数转换)采样法的脉冲式激光扫描仪回波接收电路，利用过采样方式，把接收到的脉冲信号通过高速ADC模块电路转换成数字信号，由后级数字信号处理单元判别信号上升沿和下降沿时刻。脉冲式激光扫描仪中，使用的是纳秒级的激光源，该方法中需对纳秒级信号进行采样，根据奈奎斯特定理，采样频率要大于两倍的信号频率，即在一个纳秒级的脉冲上升沿至少要采样两次，这就要使用采样周期在几百兆每秒或更高速度的ADC模块电路和高速的数字处理单元电路，成本价格和电能功耗都会都非常高。不适合做成小型化及民用级产品。
采用阀值比较法的脉冲式激光扫描仪回波接收电路，电路结构，成本价格，功耗虽然都非常具有优势，但该方法只能在设定好的固定阀值处做判别，受脉冲信号幅值大小影响大，时间测量精度差。多个回波如果有重叠区也无法区分开，测量到目标的距离模糊。
以恒比定时做的脉冲式激光扫描仪回波接收电路，电路结构比ADC(模数转换)采样法简单，比阀值比较法复杂，虽然可以在脉冲边沿取得较准确的时间点，但依然对多有重叠区的多回波信号无法识别和区分。
发明内容
有鉴如此，有必要针对现有技术中存在的缺陷，提供一种电路结构简单、、功耗低及抗多回波重叠能力好的脉冲激光扫描回波接收电路。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种脉冲激光扫描回波接收电路，包括信号分离单元、信号积分器单元、信号放大单元、信号微分器单元及信号比较器单元，其中：
所述信号分离单元用于分离输入的信号，所述信号积分器单元用于使输入的信号平滑，并产生相位延迟，所述信号放大单元用于对输入的信号进行增益放大，所述信号微分器单元用于使输入的信号在转折位置产生脉冲信号；
激光回波信号经所述信号分离单元分离成独立的两路分离信号，记为第一分离信号及第二分离信号；
所述第一分离信号依次经所述信号积分器单元、信号放大单元输入至所述信号比较器单元的反相输入端；
所述第二分离信号经所述信号微分器单元后输入至所述信号比较器单元的同相输入端；
所述信号比较器单元对输入的所述第一分离信号及第二分离信号的幅值进行比较，并整形输出数字信号。
在一些实施例中，所述第一分离信号及第二分离信号的幅值和相位相同。
在一些实施例中，所述信号分离单元的分离方式包括通过低噪的电路跟随器隔离、电阻隔离、电容隔离、电阻电容组合隔离或磁性器件隔离。
在一些实施例中，所述信号分离单元包括第一电压跟随器及第二电压跟随器，所述激光回波信号经所述第一电压跟随器及第二电压跟随器后分离成所述第一分离信号及第二分离信号。
在一些实施例中，所述信号积分器单元包括由RC组成的低通滤波器或者由运放器组成的一阶或多阶电路积分器。
在一些实施例中，所述信号放大单元包括使用低噪声运算放大器或磁性比例放大功能器件。
在一些实施例中，所述信号微分器单元包括由RC组成的高通电路或由运算放大器组成的微分功能电路。
另外，本申请还提供了一种脉冲激光扫描回波接收方法，包括下述步骤：
激光回波信号经信号分离单元分离成独立的两路分离信号，记为第一分离信号及第二分离信号；
所述第一分离信号依次经信号积分器单元、信号放大单元输入至信号比较器单元的反相输入端；
第二分离信号经信号微分器单元后输入至信号比较器单元的同相输入端；
信号比较器单元对输入的所述第一分离信号及第二分离信号的幅值进行比较，并整形输出数字信号。
此外，本申请还提供了一种脉冲式激光扫描仪，包括所述的脉冲激光扫描回波接收电路。
本发明采用上述技术方案的优点是：
本发明提供的脉冲激光扫描回波接收电路包括信号分离单元、信号积分器单元、信号放大单元、信号微分器单元及信号比较器单元，激光回波信号经所述信号分离单元分离成独立的第一分离信号及第二分离信号，所述第一分离信号依次经所述信号积分器单元、信号放大单元输入至所述信号比较器单元的反相输入端，所述第二分离信号经所述信号微分器单元后输入至所述信号比较器单元的同相输入端，所述信号比较器单元对输入的所述第一分离信号及第二分离信号的幅值进行比较，并整形输出数字信号，本发明提供的脉冲激光扫描回波接收电路，可以精准的提高单脉冲测量精度，在多回波情况时，即使多个回波间有重叠区，也可以区分开每个回波信号，电路结构简单，成本价格低，功耗低，易小型化，抗多回波重叠能力好，适合于工业化生产。
附图说明
图1为本发明实施例提供的脉冲激光扫描回波接收电路结构示意图。
图2为本发明实施例提供的脉冲激光扫描回波接收方法步骤流程图。
图3为本实施例提供的脉冲激光扫描回波接收电路仿真结果示意图。
具体实施方式
请参考图1，为本发明实施例提供的一种脉冲激光扫描回波接收电路，包括信号分离单元110、信号积分器单元120、信号放大单元130、信号微分器单元140及信号比较器单元150，所述信号分离单元110用于分离输入的信号，所述信号积分器单元120用于使输入的信号平滑，并产生相位延迟，所述信号放大单元130用于对输入的信号进行增益放大，所述信号微分器单元140用于使输入的信号在转折位置产生脉冲信号。
以下是本发明实施例提供的脉冲激光扫描回波接收电路100的工作原理：
激光回波信号经所述信号分离单元110分离成独立的两路分离信号，记为第一分离信号及第二分离信号；所述第一分离信号及第二分离信号的幅值和相位相同。
所述第一分离信号依次经所述信号积分器单元120、信号放大单元130输入至所述信号比较器单元150的反相输入端；
所述第二分离信号经所述信号微分器单元140后输入至所述信号比较器单元150的同相输入端；
所述信号比较器单元150对输入的所述第一分离信号及第二分离信号的幅值进行比较，并整形输出数字信号。
优选地，所述信号分离单元110包括第一电压跟随器01a及第二电压跟随器01b，所述激光回波信号经所述第一电压跟随器01a及第二电压跟随器01b后分离成所述第一分离信号及第二分离信号。
优选地，所述信号积分器单元120包括由RC组成的低通滤波器或者由运放器组成的一阶或多阶电路积分器。在本实施例中，输入的第一分离信号经过信号积分单元120后，在“尖锐”的位置变得“平坦”，最大幅值处被衰减，在信号转折处，积分后的信号会变得平滑，并产生相位延迟。
优选地，所述信号放大单元130包括使用低噪声运算放大器或磁性比例放大功能器件。
优选地，所述信号微分器单元140包括由RC组成的高通电路或由运算放大器组成的微分功能电路。可以理解，信号微分器单元140过滤了信号的直流成份，在信号平坦区的前沿和后沿分别产生一个突变的脉冲，因为脉冲激光扫描仪回波信号周期是纳秒级的短信号，信号在微分单元电路在较平坦的信号前后沿产生的脉冲与原信号叠加在一起，叠加后使脉冲信号的斜率增加。
信号比较器单元150对输入的所述第一分离信号及第二分离信号的幅值进行比较，并整形输出数字信号，进行幅值大小比较，输出数字信号。可以理解，经过信号微分器单元140在信号转折处变得更陡峭，经过信号积分器单元120的信号变得平坦并产生了相位延迟，再经放大，两路信号在每个脉冲的上升沿和下降沿产生交点，交点位置和信号积分器单元120产生的相位延迟关联，信号积分器单元120相位参数由电阻与电容的乘积确定。
可以理解，激光回波信号带宽由激光接收脉冲前边沿的宽度决定，激光回波脉前边沿的宽度和激光发射脉冲前边沿的宽度相等，激光脉冲每次发射的前边沿宽度是固定的，所以激光回波脉冲的带宽是固定的。调节信号积分器单元120中的电阻电容参数，使延迟时间小于回波信号的前边沿宽度，这样经过信号积分器单元120和信号微分器单元140的第一分离信号及第二分离信号在激光回波信号的上升和下降边沿都可以产生交点，经信号比较单元，回波信号的每个脉冲都可以产生一个数字信号。
请参阅图2，本申请还提供了一种脉冲激光扫描回波接收方法，包括下述步骤：
步骤S110：激光回波信号经信号分离单元分离成独立的两路分离信号，记为第一分离信号及第二分离信号；
步骤S120：所述第一分离信号依次经信号积分器单元、信号放大单元输入至信号比较器单元的反相输入端；
步骤S130：第二分离信号经信号微分器单元后输入至信号比较器单元的同相输入端；
步骤S140：信号比较器单元对输入的所述第一分离信号及第二分离信号的幅值进行比较，并整形输出数字信号
可以理解，本发明提供的脉冲激光扫描回波接收方法及方法，通过调节信号积分器单元120中的电阻电容参数，可以适用不同带宽的脉冲式激光扫描仪系统。
本发明提供的脉冲激光扫描回波接收电路包括信号分离单元110、信号积分器单元120、信号放大单元130、信号微分器单元140及信号比较器单元150，激光回波信号经所述信号分离单元分离成独立的第一分离信号及第二分离信号，所述第一分离信号依次经所述信号积分器单元120、信号放大单元130输入至所述信号比较器单元150的反相输入端，所述第二分离信号经所述信号微分器单元140后输入至所述信号比较器单元的同相输入端，所述信号比较器单元150对输入的所述第一分离信号及第二分离信号的幅值进行比较，并整形输出数字信号，本发明提供的脉冲激光扫描回波接收电路，可以精准的提高单脉冲测量精度，在多回波情况时，即使多个回波间有重叠区，也可以区分开每个回波信号，电路结构简单，成本价格低，功耗低，易小型化，抗多回波重叠能力好，适合于工业化生产。
以下结合具体实施例对本发明上述技术方案进行详细说明：
实施例
本实施例中，信号分离单元110使用两个THS4304低噪声高速运算放大器构成两路电压跟随器，信号微分器单元140由电阻和电容组成的一阶高通滤波器，信号积分器单元120是由电阻电容组成的一阶低通滤波器，信号放大单元130由THS4304构成的放大器，信号比较器单元150使用高速比较器TLV7219。
请参阅图3，为本实施例提供的脉冲激光扫描回波接收电路仿真结果，其中Vin为模拟的有重叠区的多回波脉冲信号，有五个回波脉冲信号，第1，2个回波脉冲有重叠区，第3，4个回波脉冲有重叠区，第5个回波脉冲幅度比较小。每个回波脉冲的上升沿宽度为5纳秒。VF-是积分和放大后的信号。VF+是微分后的信号。VOUT是信号比较器单元整形后的数字信号。
在仿真结果中，信号积分单元出来的信号产生了延迟。对两路信号比较整形后，比较器在每个积分后的回波脉冲上升沿输出高电平，在下降沿输出低电平。达到有重叠区的多回波脉冲信号的提取，比较器的输出延迟与信号积分单元的延迟一致。
当然本发明的脉冲激光扫描回波接收电路还可具有多种变换及改型，并不局限于上述实施方式的具体结构。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。
Claims (9)
1.一种脉冲激光扫描回波接收电路，其特征在于，包括信号分离单元、信号积分器单元、信号放大单元、信号微分器单元及信号比较器单元，其中：
所述信号分离单元用于分离输入的信号，所述信号积分器单元用于使输入的信号平滑，并产生相位延迟，所述信号放大单元用于对输入的信号进行增益放大，所述信号微分器单元用于使输入的信号在转折位置产生脉冲信号；
激光回波信号经所述信号分离单元分离成独立的两路分离信号，记为第一分离信号及第二分离信号；
所述第一分离信号依次经所述信号积分器单元、信号放大单元输入至所述信号比较器单元的反相输入端；
所述第二分离信号经所述信号微分器单元后输入至所述信号比较器单元的同相输入端；
所述信号比较器单元对输入的所述第一分离信号及第二分离信号的幅值进行比较，并整形输出数字信号。
2.根据权利要求1所述的脉冲激光扫描回波接收电路，其特征在于，所述第一分离信号及第二分离信号的幅值和相位相同。
3.根据权利要求1所述的脉冲激光扫描回波接收电路，其特征在于，所述信号分离单元的分离方式包括通过低噪的电路跟随器隔离、电阻隔离、电容隔离、电阻电容组合隔离或磁性器件隔离。
4.根据权利要求1所述的脉冲激光扫描回波接收电路，其特征在于，所述信号分离单元包括第一电压跟随器及第二电压跟随器，所述激光回波信号经所述第一电压跟随器及第二电压跟随器后分离成所述第一分离信号及第二分离信号。
5.根据权利要求1所述的脉冲激光扫描回波接收电路，其特征在于，所述信号积分器单元包括由RC组成的低通滤波器或者由运放器组成的一阶或多阶电路积分器。
6.根据权利要求1所述的脉冲激光扫描回波接收电路，其特征在于，所述信号放大单元包括使用低噪声运算放大器或磁性比例放大功能器件。
7.根据权利要求1所述的脉冲激光扫描回波接收电路，其特征在于，所述信号微分器单元包括由RC组成的高通电路或由运算放大器组成的微分功能电路。
8.一种脉冲激光扫描回波接收方法，其特征在于，包括下述步骤：
激光回波信号经信号分离单元分离成独立的两路分离信号，记为第一分离信号及第二分离信号；
所述第一分离信号依次经信号积分器单元、信号放大单元输入至信号比较器单元的反相输入端；
第二分离信号经信号微分器单元后输入至信号比较器单元的同相输入端；
信号比较器单元对输入的所述第一分离信号及第二分离信号的幅值进行比较，并整形输出数字信号。
9.一种脉冲式激光扫描仪，其特征在于，包括权利要求1所述的脉冲激光扫描回波接收电路。
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Families Citing this family (2)
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|---|---|---|---|---|
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| CN109085482A (zh) * | 2018-10-24 | 2018-12-25 | 广东电网有限责任公司 | 一种电力设备异常放电检测电路 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU976410A1 (ru) * | 1981-06-29 | 1982-11-23 | Предприятие П/Я А-1742 | Магнитооптический гистериограф |
| CN1035589A (zh) * | 1987-11-30 | 1989-09-13 | 克利门特奥利迪斯克 | 确定激光器谐振腔长度的系统接通时刻的方法及装置 |
| US5530542A (en) * | 1995-04-19 | 1996-06-25 | Hewlett-Packard Company | Circuit and method for controlling glitches in low intensity signals |
| JP2016034655A (ja) * | 2014-08-01 | 2016-03-17 | 株式会社キーエンス | レーザ加工装置 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU976410A1 (ru) * | 1981-06-29 | 1982-11-23 | Предприятие П/Я А-1742 | Магнитооптический гистериограф |
| CN1035589A (zh) * | 1987-11-30 | 1989-09-13 | 克利门特奥利迪斯克 | 确定激光器谐振腔长度的系统接通时刻的方法及装置 |
| US5530542A (en) * | 1995-04-19 | 1996-06-25 | Hewlett-Packard Company | Circuit and method for controlling glitches in low intensity signals |
| JP2016034655A (ja) * | 2014-08-01 | 2016-03-17 | 株式会社キーエンス | レーザ加工装置 |
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