CN107861112A - 一种全数字调节的激光测距系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种全数字调节的激光测距系统，包括雪崩高压模块，光电探测器，增益可调放大模块，噪声信号检测模块，第一AD采样模块，回波信号检测模块，第二AD采样模块，信息处理电路用于根据第一AD采样模块统计的噪声个数，调节雪崩高压模块提供给光电探测器的雪崩电压，并输出相应的雪崩高压调节信号给雪崩高压模块；以及用于根据第二AD采样模块统计的回波个数，调节增益可调放大模块的放大增益，并输出相应的时变增益控制信号给增益可调放大模块。本系统主要功能是完成对目标距离和目标反射强度的探测。光电D探测器接收的目标反射的激光回波信号，经自动增益放大和AD采样后，进行激光脉冲飞行时间的计时和幅值宽度信号检测，从而计算出目标的距离信息和目标反射特性。

Description

一种全数字调节的激光测距系统
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，特别涉及一种全数字调节的激光测距系统。
背景技术
激光测距是利用调制激光的某个参数实现对目标的距离测量。传统方案采用模拟电路闭环控制实现增益控制和噪声抑制，一般是通过三极管来识别噪声，没有对回波和噪声信号精确量化分析，都是根据经验设置参数，不能精确的调整雪崩高压和放大模块增益，导致测量精度不高。
发明内容
本发明的目的在于改善现有技术中所存在的上述不足，提供一种全数字调节的激光测距系统。
为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：
一种全数字调节的激光测距系统，包括激光发射系统和激光接收系统，所述激光接收系统包括：
雪崩高压模块，用于为光电探测器提供雪崩电压；
光电探测器，用于接收被测目标反射回来的反射激光，并将该反射激光转换为电信号；
增益可调放大模块，用于对光电探测器接收到信号进行放大；
噪声信号检测模块，用于对增益可调放大模块输出的信号进行噪声信号检测，若信号值超过设定的噪声阈值，则判断该信号为噪声信号，并输出给第一AD采样模块；
第一AD采样模块，用于对噪声信号检测模块输出的信号进行AD采样，统计噪声个数，并输出给信息处理电路；
回波信号检测模块，用于对增益可调放大模块输出的信号进行回波信号检测，若信号值超过设定的回波阈值，则判断该信号为回波信号，并输出给第二AD采样模块；
第二AD采样模块，，用于对回波信号检测模块输出的信号进行AD采样，统计回波个数，并输出给信息处理电路；
信息处理电路，用于根据第一AD采样模块统计的噪声个数，调节雪崩高压模块提供给光电探测器的雪崩电压，并输出相应的雪崩高压调节信号给雪崩高压模块；以及用于根据第二AD采样模块统计的回波个数，调节增益可调放大模块的放大增益，并输出相应的时变增益控制信号给增益可调放大模块。
进一步地，所述光电探测器为APD探测器或PIN探测器。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本系统通过高速AD采样检测到通道内噪声大小来控制光电探测器的偏置高压，当检测到噪声超过一定阈值，降低偏置高压，即降低雪崩增益，实现在不同背景光以及不同大气条件下，形成一个恒虚警，以此提高激光接收系统不同检测环境的适用性。
AD采样得到接收到的回波信号幅值和宽度信息，并判断放大模块增益是否需要调节，如果判断出回波信号处于饱和状态，则通过另外一路DA产生控制信号调节放大模块增益，使回波信号处于线性放大区，回波信号不会形变，提高检测精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明激光接收系统的原理框图。
图2为本发明中第一AD采样模块的电路图。
图3为本发明增益可调放大模块的电路图。
图4为本发明噪声信号检测模块的电路图。
图5为本发明信息处理电路的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例中所提供的全数字调节的激光测距系统，包括激光发射系统和激光接收系统，其中，请参阅图1，激光接收系统包括雪崩高压模块，光电探测器，增益可调放大模块，噪声信号检测模块，第一AD采样模块，回波信号检测模块，第二AD采样模块，信息处理电路。
其中，雪崩高压模块，用于为光电探测器提供雪崩电压，并响应信息处理电路的雪崩高压调节信号，调节提供给光电探测器的雪崩电压大小。
其中，光电探测器，可以是APD探测器、PIN探测器等。光电探测器为用于接收被测目标反射回来的反射激光，并将该反射激光转换为电信号。激光发射系统向被测目标发射的激光会被被测目标发射回来，激光测距的原理正是基于这个特性，根据激光传输的速度和来回的时间来测量被测目标的距离。
其中，增益可调放大模块，用于对光电探测器接收到的信号进行放大，并响应信息处理电路给出的时变增益控制信号，调节放大增益，以实现对光电探测器接收到的信号进行最优化放大。
其中，噪声信号检测模块，用于对增益可调放大模块输出的信号进行噪声信号检测，若信号值超过设定的噪声阈值，则判断该信号为噪声信号，并将该信号输出给第一AD采样模块。
其中，第一AD采样模块，用于对噪声信号检测模块输出的信号进行AD采样，统计噪声个数，并输出给信息处理电路。
其中，信息处理电路，用于根据第一AD采样模块统计的噪声个数，调节雪崩高压模块提供给光电探测器的雪崩电压，并输出相应的雪崩高压调节信号给雪崩高压模块。
本激光接收系统中，通过高速AD采样检测到通道内噪声大小来控制光电探测器的偏置高压，当检测到噪声超过一定阈值时，降低偏置高压，即降低雪崩增益，使得最终结果是在不同背景光以及不同大气条件下，形成一个恒虚警，以此提高接收电路不同检测环境的适用性。
其中，回波信号检测模块，用于对增益可调放大模块输出的信号进行回波信号检测，若信号值超过设定的回波阈值，则判断该信号为回波信号，并输出给第二AD采样模块。
其中，第二AD采样模块，用于对回波信号检测模块输出的信号进行AD采样，统计回波个数，并输出给信息处理电路。
其中，信息处理电路，还用于根据第二AD采样模块统计的回波个数，调节增益可调放大模块的放大增益，并输出相应的时变增益控制信号给增益可调放大模块。
本激光接收系统中，通过AD采样得到接收到的回波信号的幅值和宽度信息，并判断出回波信号是否处于饱和状态，如果处于饱和状态则通过另外一路DA产生时变增益控制信号调节放大模块增益，使回波信号处于线性放大区，回波信号不会形变，提高检测精度。
请参阅图2-5，本发明实施例中列举了上述全数字调节的测距系统的部分组成模块的电路图。其中，图2为本发明中第一AD采样模块的电路图，在AD采样模块中，采用了AD5551数模转换器和AD820AR运算放大器，AD5551数模转换器的输出引脚通过一个电阻连接AD820AR运算放大器的一个输入端。图3为本发明增益可调放大模块的电路图，增益可调放大模块中采用了LMH6504可变增益放大器芯片，该芯片低功率，低成本，LMH6504可变增益放大器芯片的输入端连接光电探测器的输出端，且通过一保护电阻接地，LMH6504可变增益放大器芯片的输出端通过串联的一电阻和一电容连接噪声信号检测模块和回波信号检测模块的输入端。图4为本发明噪声信号检测模块的电路图，LMH6504可变增益放大器芯片的输出端连接噪声信号检测模块的输入端，噪声信号检测模块和回波信号检测模块类似，本质是一个信号比较模块，如图4所示，噪声信号检测模块中采用了AD8561比较器，AD8561比较器的一个输入端连接LMH6504可变增益放大器芯片的输出端，另一个输入端用于输入给定信号，AD8561比较器的输出端连接第一AD采样模块的输入端。图5为本发明信息处理电路的电路图，在该电路中，采用了XC3S500E主控芯片，并配置XCF04SVOG20C存储器，如图5所示，XC3S500E主控芯片的其中一个I/O端口与AD5551数模转换器的输入端连接。图5仅显示了XC3S500E主控芯片的部分引脚连接关系，没有展示信息处理电路的完整电路图。
本发明通过高速AD采样，精确量化信号幅值和脉冲宽度信息，利用采集到信号和噪声信息，对回波和噪声信号进行分析对比，然后对雪崩高压和放大模块增益进行精调，时时调节控制参数，使系统工作在最优状态，并可自适应不同外界环境，相比于传统的人工根据经验调节，大大提高了精度。电路一致性好，不需要额外人工调节，特别适合批量生产。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种全数字调节的激光测距系统，包括激光发射系统和激光接收系统，其特征在于，所述激光接收系统包括：
雪崩高压模块，用于为光电探测器提供雪崩电压；
光电探测器，用于接收被测目标反射回来的反射激光，并将该反射激光转换为电信号；
增益可调放大模块，用于对光电探测器接收到的信号进行放大；
噪声信号检测模块，用于对增益可调放大模块输出的信号进行噪声信号检测，若信号值超过设定的噪声阈值，则判断该信号为噪声信号，并将该信号输出给第一AD采样模块；
第一AD采样模块，用于对噪声信号检测模块输出的信号进行AD采样，统计噪声个数，并输出给信息处理电路；
回波信号检测模块，用于对增益可调放大模块输出的信号进行回波信号检测，若信号值超过设定的回波阈值，则判断该信号为回波信号，并将该信号输出给第二AD采样模块；
第二AD采样模块，用于对回波信号检测模块输出的信号进行AD采样，统计回波个数，并输出给信息处理电路；
信息处理电路，用于根据第一AD采样模块统计的噪声个数，调节雪崩高压模块提供给光电探测器的雪崩电压，并输出相应的雪崩高压调节信号给雪崩高压模块；以及用于根据第二AD采样模块统计的回波个数，调节增益可调放大模块的放大增益，并输出相应的时变增益控制信号给增益可调放大模块；
电源电路，用于为上述各个模块提供所需的电能。
2.根据权利要求1所述的全数字调节的激光测距系统，其特征在于，所述光电探测器为APD探测器或PIN探测器。
3.根据权利要求1所述的全数字调节的激光测距系统，其特征在于，第一AD采样模块中采用了AD5551数模转换器和AD820AR运算放大器，AD5551数模转换器的输出引脚通过一个电阻连接AD820AR运算放大器的一个输入端。
4.根据权利要求3所述的全数字调节的激光测距系统，其特征在于，增益可调放大模块包括LMH6504可变增益放大器芯片，LMH6504可变增益放大器芯片的输入端连接光电探测器的输出端，且通过一保护电阻接地，LMH6504可变增益放大器芯片的输出端通过串联的一电阻和一电容连接噪声信号检测模块和回波信号检测模块的输入端。
5.根据权利要求4所述的全数字调节的激光测距系统，其特征在于，噪声信号检测模块包括AD8561比较器，AD8561比较器的一个输入端连接LMH6504可变增益放大器芯片的输出端，另一个输入端用于输入给定信号，AD8561比较器的输出端连接第一AD采样模块的输入端。
6.根据权利要求5所述的全数字调节的激光测距系统，其特征在于，信息处理电路包括XC3S500E主控芯片，并配置XCF04SVOG20C存储器，XC3S500E主控芯片的其中一个I/O端口与AD5551数模转换器的输入端连接。
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