CN107346021A - 一种三维成像激光雷达 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三维成像激光雷达，包含处理控制单元、高精度时间间隔测量单元、回波信号处理单元、激光发射单元、激光接收单元，所述处理控制单元由信号控制处理电路、激光器驱动电路、APD信号接收电路、信号处理电路、高精度时间间隔测量电路组成，激光器驱动电路与激光发射单元相连接，APD信号接收电路与激光接收单元相连接，信号处理电路与回波信号处理单元相连接，高精度时间间隔测量电路与高精度时间间隔测量单元相连接，处理控制单元分别与高精度时间间隔测量单元以及激光发射单元相连接，激光接收单元与回波信号处理单元相连接。本发明拥有可测量的距离比较长、测距迅速、无需目标，隐蔽性好，安全性高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及服装检测设备领域，特别涉及一种三维成像激光雷达。
背景技术
自从世界上第一台红宝石激光器于1961年研制出来之后，用于测距的激光雷达很快就被发明了出来，人们在激光雷达领域的研究在迅速加深。激光雷达技术较其他探测如无线电雷达和超声波雷达，显现出极大的优势。一方面，激光雷达能够发挥其光学成像特性，通过成像来反映探测目标的三维、全面的信息，而不仅仅是目标的存在和距离信息；另一方面，激光雷达具有极短的光波长，使得探测精度大大提高。此外，激光雷达还具有抗干扰能力强，可靠性高，测速快，效率高，可用时间长等优点。
三维成像激光雷达是适合安装在车辆上使用的激光雷达，具有体积小，质量轻，测量范围远，反应速度快等特点。目前，国内三维成像激光雷达的相关研究和应用开始得较晚，与国外的研究和应用相比，存在一些差距，通过借鉴国外的激光雷达技术的研究应用，不断改进国内现有的激光雷达技术，使得我国激光雷达技术在今后有更好的发展。
如何将激光雷达的百花齐放的理论研究成果转为有实用价值和商业价值的成果。尽管车载激光雷达的产品在国外已有很多，而且大多都定价高昂，在小型化和民用化应用领域仍没有较好的解决方案，故实现三维成像雷达的自主研究和生产有较高的实用价值和商业价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提出一种三维成像激光雷达，拥有可测量的距离比较长、测距迅速、无需目标，隐蔽性好，安全性高等优点。
本发明的技术方案：
一种三维成像激光雷达，包含处理控制单元、高精度时间间隔测量单元、回波信号处理单元、激光发射单元、激光接收单元，所述处理控制单元由信号控制处理电路、激光器驱动电路、APD信号接收电路、信号处理电路、高精度时间间隔测量电路组成，信号控制处理电路为控制中心，激光器驱动电路与激光发射单元相连接，APD信号接收电路与激光接收单元相连接，信号处理电路与回波信号处理单元相连接，高精度时间间隔测量电路与高精度时间间隔测量单元相连接，处理控制单元分别与高精度时间间隔测量单元以及激光发射单元相连接，激光接收单元与回波信号处理单元相连接。
进一步地，所述激光发射单元为激光器，型号为多量子阱In Ga As半导体激光器PGEW2S09，回波信号处理单元为光电检测传感器，型号为硅外延扩散型雪崩二极管AD500-9。
进一步地，所述激光发射单元采用的光学元件为四片式双胶合透镜，激光接收单元采用的光学元件为单片非球面加滤光片。
进一步地，所述激光器驱动电路的驱动电源为电容充放电式电源，其电压为100-250V。
进一步地，所述APD信号接收电路的偏置电压为100-250V。
进一步地，所述信号处理电路中的带宽为50MHZ，应用两级放大器来放大电信号，放大倍数为25倍。
与现有技术相比：本发明选取了满足系统需求的半导体激光器和 APD 探测器，使得激光系统更加小型化，测量精度更高，响应速率更快；发射光学系统采用的是四片式双胶合透镜，达到了准直的要求；接收光学系统采用单片非球面加滤光片，即可满足接收光线聚焦要求，所设计两部分光学系统结构不仅简单，又能满足系统目标要求。可测量的距离比较长，以总平均光功率为定量的情况下，就测量距离这一参数来说，脉冲光波型激光测距仪在此参数上所能达到的数值远远大于连续光波型激光测距仪。
附图说明
图1为本发明系统结构示意图。
图2为本发明激光发射单元光学系统结构示意图。
图3为本发明激光接收单元光学系统结构示意图。
图4为本发明控制电路系统框架。
图5为本发明激光器驱动电路图。
图6为本发明前置互阻放大电路原理图。
图中：1-处理控制单元，2-高精度时间间隔测量单元，3-回波信号处理单元、4-激光发射单元，5-激光接收单元。
具体实施方式
下面结合附图进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1：
一种三维成像激光雷达，包含处理控制单元1、高精度时间间隔测量单元2、回波信号处理单元3、激光发射单元4、激光接收单元5，所述处理控制单元1由信号控制处理电路、激光器驱动电路、APD信号接收电路、信号处理电路、高精度时间间隔测量电路组成，信号控制处理电路为控制中心，激光器驱动电路与激光发射单元4相连接，APD信号接收电路与激光接收单元5相连接，信号处理电路与回波信号处理单元3相连接，高精度时间间隔测量电路与高精度时间间隔测量单元2相连接，处理控制单元1分别与高精度时间间隔测量单元2以及激光发射单元4相连接，激光接收单元5与回波信号处理单元3相连接。
进一步地，所述激光发射单元4为激光器，型号为多量子阱(Multi-Quantu-mwell)In Ga As半导体激光器PGEW2S09，回波信号处理单元3为光电检测传感器，型号为硅外延扩散型雪崩二极管AD500-9。
进一步地，所述激光发射单元4采用的光学元件为四片式双胶合透镜，激光接收单元5采用的光学元件为单片非球面加滤光片。
进一步地，所述激光器驱动电路的驱动电源为电容充放电式电源，其电压为120V，所述APD信号接收电路的偏置电压为120V，由于激光器驱动电路的电压和APD信号处理器的电压相同，所以APD信号接收电路的电源采用与激光器驱动电路的电源相同，均为电容充放电式电容，电源电压为120V。
进一步地，所述信号处理电路中的带宽为50MHz，应用两级放大器来放大电信号，放大倍数为25倍。
信号控制处理电路发出控制信号到半导体激光器驱动电路，驱动激光器发射激光，而且高精度时间间隔测量单元开始计时，激光脉冲到达目标后被反射回来，回波脉冲到达激光接收单元的光电检测传感器系统，这段时间间隔为t，APD 信号处理电路将光信号转化成电信号，经过信号处理电路将信号传递给高精度时间间隔测量电路，系统停止计时。由激光脉冲的往返时间t，即可计算目标离激光系统的距离。
与现有技术相比：本发明选取了满足系统需求的半导体激光器和 APD 探测器，使得激光系统更加小型化，测量精度更高，响应速率更快；发射光学系统采用的是四片式双胶合透镜，达到了准直的要求；接收光学系统采用单片非球面加滤光片，即可满足接收光线聚焦要求，所设计两部分光学系统结构不仅简单，又能满足系统目标要求。可测量的距离比较长，以总平均光功率为定量的情况下，就测量距离这一参数来说，脉冲光波型激光测距仪在此参数上所能达到的数值远远大于连续光波型激光测距仪。
Claims (6)
1.一种三维成像激光雷达，其特征在于：包含处理控制单元、高精度时间间隔测量单元、回波信号处理单元、激光发射单元、激光接收单元，所述处理控制单元由信号控制处理电路、激光器驱动电路、APD信号接收电路、信号处理电路、高精度时间间隔测量电路组成，信号控制处理电路为控制中心，激光器驱动电路与激光发射单元相连接，APD信号接收电路与激光接收单元相连接，信号处理电路与回波信号处理单元相连接，高精度时间间隔测量电路与高精度时间间隔测量单元相连接，处理控制单元分别与高精度时间间隔测量单元以及激光发射单元相连接，激光接收单元与回波信号处理单元相连接。
2.如权利要求1所述的一种三维成像激光雷达，其特征在于：所述激光发射单元为激光器，型号为多量子阱In Ga As半导体激光器PGEW2S09，回波信号处理单元为光电检测传感器，型号为硅外延扩散型雪崩二极管AD500-9。
3.如权利要求1所述的一种三维成像激光雷达，其特征在于：所述激光发射单元采用的光学元件为四片式双胶合透镜，激光接收单元采用的光学元件为单片非球面加滤光片。
4.如权利要求1所述的一种三维成像激光雷达，其特征在于：所述激光器驱动电路的驱动电源为电容充放电式电源，其电压为100-250V。
5.如权利要求1所述的一种三维成像激光雷达，其特征在于：所述APD信号接收电路的偏置电压为100-250V。
6.如权利要求1所述的一种三维成像激光雷达，其特征在于：所述信号处理电路中的带宽为50MHZ，应用两级放大器来放大电信号，放大倍数为25倍。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN110133660A (zh) * | 2019-05-23 | 2019-08-16 | 成都信息工程大学 | 一种量子阱汽车灯光雷达系统 |
| CN111562559A (zh) * | 2019-02-14 | 2020-08-21 | 宁波舜宇车载光学技术有限公司 | 激光雷达装置及其接收模块 |
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