CN110133660A - 一种量子阱汽车灯光雷达系统 - Google Patents

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姜丹丹
丁川
马文英
陶健
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    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/93—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
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Abstract

本发明公开一种量子阱汽车灯光雷达系统，包括脉冲激光驱动器、QW量子阱二极管、光学镜和处理单元，所述脉冲激光驱动器与QW量子阱二极管导电连接，所述处理单元采用FPGA电路测量激光发射时刻与激光返回时刻之间的时间差；本发明一种量子阱汽车灯光雷达系统通过将QW量子阱二极管与处理单元相结合，且处理单元采用FPGA电路设计，采用QW量子阱二极管配合光学镜的反射作为发射和接收器，可以将QW量子阱二极管和处理单元合二为一，省去了连接单独的收发通路，采用QW量子阱二极管阵列化来构成汽车灯光雷达，其扫描方式可在水平和垂直两个方向探测，配合处理单元，从而可以计算出汽车与水平和垂直方向的障碍物的距离，检测范围更广泛，使用效果更好。

Description

一种量子阱汽车灯光雷达系统
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及到一种汽车灯光雷达，更具体的是一种量子阱汽车灯光雷达系统。
背景技术
近年来光通信的带宽可以到17GHz，速率可以到30GHz，激光雷达远距离探测的已有8km的报道，近距离精确的可以到500米，水下光通信也已有实验，整机功耗10W的单兵3D激光雷达已有雏形，并且星间光通信的也有报道，也有国外文献报道了在用波长为785nm的激光做举例测量时，在360×320。范围内，450米航拍高度，精度达到了3-5毫米，在车辆上的光雷达也已经有报道。
而现有的光探测雷达，其激光二极管和检测接收器是分开的两套通路，需要建立单独的收发通路，目前QW二极管能达到的功率有限，而且感知回来的信号大约是发射信号的百分之一还要弱，并且现有的光探测雷达在检测时只能针对前进方向进行检测，检测范围比较有限。
发明内容
为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种量子阱汽车灯光雷达系统，通过将QW量子阱二极管与处理单元相结合，且处理单元采用FPGA电路设计，采用QW量子阱二极管配合光学镜的反射作为发射和接收器，可以将QW量子阱二极管和处理单元合二为一，省去了连接单独的收发通路，采用QW量子阱二极管阵列化来构成汽车灯光雷达，其扫描方式可在水平和垂直两个方向探测，配合处理单元，从而可以计算出汽车与水平和垂直方向的障碍物的距离，检测范围更广泛，使用效果更好。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种量子阱汽车灯光雷达系统，包括脉冲激光驱动器、QW量子阱二极管、光学镜和处理单元，所述脉冲激光驱动器与QW量子阱二极管导电连接，所述处理单元与QW量子阱二极管通信连接，所述QW量子阱二极管呈环形阵列设置；
所述处理单元采用FPGA电路测量激光发射时刻与激光返回时刻之间的时间差，所述处理单元包括控制模块、倍频时钟模块、控制模块、时间间隔测量模块和数据转换单元，所述倍频时钟模块与时间间隔测量模块通信连接，所述控制模块与时间间隔测量模块通信连接，所述时间间隔测量模块与数据转换单元通信连接。
作为本发明进一步的方案：所述处理单元外接信号探测器，处理单元包括有信号放大模块，信号放大模块将探测器接收到的信号进行放大，处理单元从信号中提取有用信息，然后将有用信息转化为所需要的信号形式。
作为本发明进一步的方案：所述倍频时钟模块外接有外接晶振，外接晶振产生的时钟信号输入到倍频时钟模块中，通过倍频时钟模块对外部晶振输入的时钟信号进行处理，产生系统所需要的时钟信号。
作为本发明的进一步方案：所述控制模块接收和响应系统发出的控制信号指令，并根据控制信号指令控制时间间隔测量模块工作。
作为本发明进一步的方案：所述时间间隔测量模块测量开始信号和停止信号之间的时间间隔，以测得目标不同像元的距离信息。
作为本发明进一步的方案：所述数据转换单元包括数据采集模块，数据采集模块用于接收时间间隔测量模块给出的停止信号，利用转换单元从电路中读出测量数据。
本发明的有益效果：本发明采用QW量子阱二极管阵列化来构成汽车灯光雷达，其扫描方式可在水平和垂直两个方向探测，从而有效的扩展了汽车灯光雷达的扫描范围，采用QW量子阱二极管阵列化有效的提高了灯光强度，将QW量子阱二极管与处理单元进行连接，QW量子阱二极管配合光学镜的反射作为发射和接收器，可以做到与处理单元作为检测器合二为一，省去了单独建立收发通路的麻烦，处理单元采用控制模块、倍频时钟模块、控制模块、时间间隔测量模块和数据转换单元相互配合，可以有效的计算出车辆在行驶时与障碍物之间的距离，并将距离信息转换为数字信息，方便了驾驶人在驾驶过程中准确的把握好与障碍物之间的距离，减小驾驶的安全隐患。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明一种量子阱汽车灯光雷达系统的连接图。
图2是本发明一种量子阱汽车灯光雷达系统的阵列式QW量子阱二极管功率图。
图3是本发明一种量子阱汽车灯光雷达系统中处理单元的系统图。
图4是本发明一种量子阱汽车灯光雷达系统的场景图。
图5是目前量子阱二极管的I-V标准化光电流曲线。
图6是目前量子阱二极管感应电压幅度与照明功率曲线图。
图7是现有光探测雷达原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-4所示，一种量子阱汽车灯光雷达系统，包括脉冲激光驱动器、QW量子阱二极管、光学镜和处理单元，脉冲激光驱动器与QW量子阱二极管导电连接，处理单元与QW量子阱二极管通信连接，QW量子阱二极管呈环形阵列设置，通过脉冲激光驱动器驱动QW量子阱二极管，由QW量子阱二极管放出光源，一部分光源直接返回至QW量子阱二极管，另一部分经光学镜面，遇到障碍物后又经光学镜面反射回QW量子阱二极管，后将光源及反射回的信号输入到处理单元，进行对比分析，得出障碍物的距离；
处理单元采用FPGA电路测量激光发射时刻与激光返回时刻之间的时间差，处理单元包括控制模块、倍频时钟模块、控制模块、时间间隔测量模块和数据转换单元，倍频时钟模块与时间间隔测量模块通信连接，控制模块与时间间隔测量模块通信连接，时间间隔测量模块与数据转换单元通信连接。
处理单元外接信号探测器，处理单元包括有信号放大模块，信号放大模块将探测器接收到的信号进行放大，处理单元从信号中提取有用信息，然后将有用信息转化为所需要的信号形式。
倍频时钟模块外接有外接晶振，外接晶振用于产生时钟信号，外接晶振产生的时钟信号输入到倍频时钟模块中，通过倍频时钟模块对外部晶振输入的时钟信号进行处理，产生系统所需要的时钟信号。
控制模块接收和响应系统发出的控制信号指令，并根据控制信号指令控制时间间隔测量模块工作。
时间间隔测量模块测量开始信号和停止信号之间的时间间隔，以测得目标不同像元的距离信息。
数据转换单元包括数据采集模块，数据采集模块用于接收时间间隔测量模块给出的停止信号，利用转换单元从电路中读出测量数据。
请参阅图5所示，为目前量子阱二极管的I-V标准化光电流曲线。
请参阅图6所示，为目前量子阱二极管感应电压幅度与照明功率曲线图。
请参阅图7所示，为现有光探测雷达原理图。
一种量子阱汽车灯光雷达系统，在使用时，由脉冲激光驱动器对QW量子阱二极管进行驱动，QW量子阱二极管发出光源，QW量子阱二级管发出的光源一部分一部分光源直接返回至QW量子阱二极管，另一部分经过光学镜的镜面，遇到障碍物后又经光学镜面反射回QW量子阱二极管，由外接晶振产生的时钟信号输入到倍频时钟模块中，通过倍频时钟模块对外部晶振输入的时钟信号进行处理，产生系统所需要的时钟信号，时间间隔测量模块接收时钟信号，之后时间间隔测量模块测量开始信号和停止信号之间的时间间隔，控制模块接收和响应系统发出的控制信号指令，并根据控制信号指令控制时间间隔测量模块工作，之后采用数据转换单元的数据采集模块用于接收时间间隔测量模块给出的停止信号，利用转换单元从电路中读出测量数据，从而测得目标不同像元的距离信息，得出汽车与障碍物之间的距离，采用QW量子阱二极管阵列化来构成汽车灯光雷达，其扫描方式可在水平和垂直两个方向探测，从而可以得出汽车与水平和垂方向的障碍物之间的距离。
本发明采用QW量子阱二极管阵列化来构成汽车灯光雷达，其扫描方式可在水平和垂直两个方向探测，从而有效的扩展了汽车灯光雷达的扫描范围，采用QW量子阱二极管阵列化有效的提高了灯光强度，将QW量子阱二极管与处理单元进行连接，QW量子阱二极管配合光学镜的反射作为发射和接收器，可以做到与处理单元作为检测器合二为一，省去了单独建立收发通路的麻烦，处理单元采用控制模块、倍频时钟模块、控制模块、时间间隔测量模块和数据转换单元相互配合，可以有效的计算出车辆在行驶时与障碍物之间的距离，并将距离信息转换为数字信息，方便了驾驶人在驾驶过程中准确的把握好与障碍物之间的距离，减小驾驶的安全隐患。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种量子阱汽车灯光雷达系统，其特征在于，包括脉冲激光驱动器、QW量子阱二极管、光学镜和处理单元，所述脉冲激光驱动器与QW量子阱二极管导电连接，所述处理单元与QW量子阱二极管通信连接，所述QW量子阱二极管呈环形阵列设置；
所述处理单元采用FPGA电路测量激光发射时刻与激光返回时刻之间的时间差，所述处理单元包括控制模块、倍频时钟模块、控制模块、时间间隔测量模块和数据转换单元，所述倍频时钟模块与时间间隔测量模块通信连接，所述控制模块与时间间隔测量模块通信连接，所述时间间隔测量模块与数据转换单元通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种量子阱汽车灯光雷达系统,其特征在于，所述处理单元外接信号探测器，处理单元包括有信号放大模块，信号放大模块将探测器接收到的信号进行放大，处理单元从信号中提取有用信息，然后将有用信息转化为所需要的信号形式。
3.根据权利要求1所述的一种量子阱汽车灯光雷达系统,其特征在于，所述倍频时钟模块外接有外接晶振，外接晶振产生的时钟信号输入到倍频时钟模块中，通过倍频时钟模块对外部晶振输入的时钟信号进行处理，产生系统所需要的时钟信号。
4.根据权利要求1所述的一种量子阱汽车灯光雷达系统,其特征在于，所述控制模块接收和响应系统发出的控制信号指令，并根据控制信号指令控制时间间隔测量模块工作。
5.根据权利要求1所述的一种量子阱汽车灯光雷达系统,其特征在于，所述时间间隔测量模块测量开始信号和停止信号之间的时间间隔，以测得目标不同像元的距离信息。
6.根据权利要求1所述的一种量子阱汽车灯光雷达系统,其特征在于，所述数据转换单元包括数据采集模块，数据采集模块用于接收时间间隔测量模块给出的停止信号，利用转换单元从电路中读出测量数据。
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