CN112162260A - 一种激光雷达窄脉冲信号的峰值幅度检测系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种激光雷达窄脉冲信号的峰值幅度检测系统。该峰值幅度检测系统包括光电转换单元、脉冲电信号放大单元、脉冲电信号峰值检测单元、脉冲电信号峰值存储保持与放电单元、脉冲电信号峰值采样单元、脉冲电信号峰值检测与采样控制单元。可见，实施这种实施方式，能够通过多个单元之间的联携工作实现对脉冲电信号的接收、处理与采样，从而有效地检测到窄脉冲信号的峰值幅度。

Description

一种激光雷达窄脉冲信号的峰值幅度检测系统

技术领域

本申请涉及信号处理技术领域，具体而言，涉及一种激光雷达窄脉冲信号的峰值幅度检测系统。

背景技术

随着激光雷达领域的快速发展，对于激光雷达的信号检测检测精度要求也变得越来越高。然而，在实践中发现，虽然已经实现了对脉冲信号峰值幅度进行检测的检测方法，但是目前的这种检测方法对于脉冲信号峰值幅度的检测精度还有待提高，从而使得窄脉冲信号峰值幅度无法被有效地检测到。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种激光雷达窄脉冲信号的峰值幅度检测系统，能够有效检测出窄脉冲信号的峰值幅度。

本申请实施例提供了一种激光雷达窄脉冲信号的峰值幅度检测系统，所述峰值幅度检测系统包括光电转换单元、脉冲电信号放大单元、脉冲电信号峰值检测单元、脉冲电信号峰值存储保持与放电单元、脉冲电信号峰值采样单元、脉冲电信号峰值检测与采样控制单元，其中，

所述光电转换单元，用于接收脉冲光信号并转换所述脉冲光信号为脉冲电信号；

所述脉冲电信号放大单元与所述光电转换单元相连接，用于获取所述脉冲电信号并对所述脉冲电信号进行放大处理；

所述脉冲电信号峰值检测单元与所述脉冲电信号放大单元相连接，用于检测所述脉冲电信号经过放大后的脉冲电信号峰值；

所述脉冲电信号峰值存储保持与放电单元与所述脉冲电信号峰值检测单元相连接，用于存储所述脉冲电信号峰值；

所述脉冲电信号峰值采样单元与所述脉冲电信号峰值存储保持与放电单元相连接，用于对所述脉冲电信号峰值进行采样；

所述脉冲电信号峰值检测与采样控制单元分别与所述光电转换单元、所述脉冲电信号放大单元、所述脉冲电信号峰值检测单元、所述脉冲电信号峰值存储保持与放电单元、所述脉冲电信号峰值采样电路单元相连接，用于对所述光电转换单元、所述脉冲电信号放大单元、所述脉冲电信号峰值检测单元、所述脉冲电信号峰值存储保持与放电单元、所述脉冲电信号峰值采样单元进行控制；其中，

所述脉冲电信号峰值存储保持与放电单元，还用于在接收到脉冲电信号峰值检测与采样控制单元产生驱动控制信号时，对所述脉冲电信号峰值对应的脉冲电信号峰值信号进行放电释放，以使所述脉冲电信号峰值存储保持与放电单元存储下一个脉冲电信号峰值。

在上述实现过程中，该激光雷达窄脉冲信号的峰值幅度检测系统可以通过光电转换单元对脉冲光信号进行转换得到脉冲电信号，然后把该脉冲电信号给脉冲电信号放大单元进行信号放大处理，以使放大后的脉冲电信号可以被脉冲电信号峰值检测单元检测到，并进一步由脉冲电信号峰值存储保持与放电单元进行记录存储，以便脉冲电信号峰值采样单元可以进一步进行信号采样，从而使得脉冲电信号峰值检测与采样控制单元可以实现对激光雷达窄脉冲信号的峰值幅度检测。同时，采样完成后，脉冲电信号峰值检测与采样控制单元6产生驱动控制信号，对脉冲电信号峰值存储保持与放电单元4存储的当前脉冲信号的峰值信号进行放电释放，为系统对下一个脉冲信号的峰值进行存储和采样做准备。

可见，实施这种实施方式，能够通过多个单元之间的联携工作实现对脉冲电信号的接收、处理与采样，从而有效地检测到窄脉冲信号的峰值幅度。同时，实施这种实施方式，还能够在有效时序的控制下，检测连续的每个脉冲信号的峰值幅度信息。

进一步地，所述峰值幅度检测系统还包括脉冲激光发射单元，其中，

所述脉冲激光发射单元与所述脉冲电信号峰值检测与采样控制单元相连接，用于输出脉冲激光信号。

在上述实现过程中，峰值幅度检测系统还包括脉冲激光发射单元，脉冲激光发射单元与脉冲电信号峰值检测与采样控制单元相连接，用于输出激光脉冲信号。可见，实施这种实施方式，能够通过脉冲激光发射单元发射脉冲激光，以使所述光电转换单元可以获取到与脉冲激光相对应的脉冲电信号。

进一步地，所述脉冲电信号峰值存储保持与放电单元包括射频二极管与峰值保持电容单元、MOS开关放电电路单元，其中，

所述射频二极管与峰值保持电容单元分别与所述MOS开关放电电路单元、所述脉冲电信号峰值采样电路单元相连接，用于存储所述脉冲电信号峰值。

在上述实现过程中，脉冲电信号峰值存储保持与放电单元包括射频二极管与峰值保持电容单元、MOS开关放电电路单元，其中，射频二极管与峰值保持电容单元能够对脉冲电信号峰值进行存储，而分别与MOS开关放电电路单元则能够在脉冲电信号存储完成之后对其进行放电，以备下一个脉冲电信号峰值进行存储。可见，实施这种实施方式，能够通过射频二极管与峰值保持电容单元、MOS开关放电电路单元两个单元实现脉冲电信号峰值的存储并能够进一步实现可持续峰值存储，进而保证了激光雷达窄脉冲信号的峰值幅度检测的连贯性以及检测效果。

进一步地，所述脉冲电信号峰值检测单元包括延时电路单元、运算放大器单元、阻容电路网络与电源偏置电路单元、脉冲切换控制电路单元、模拟比较器单元以及精密模拟开关，其中，

所述延时电路单元分别与所述脉冲电信号放大单元、所述运算放大器单元相连接；

所述运算放大器单元分别与所述阻容电路网络与所述电源偏置电路单元、所述精密模拟开关相连接；

所述阻容电路网络与电源偏置电路单元分别与所述脉冲切换控制电路单元、所述射频二极管与峰值保持电容单元相连接。

在上述实现过程中，延时电路单元可以对放大后的脉冲电信号进行信号延时，然后再通过运算放大器单元用于对延时后的脉冲电信号进行运算放大，并通过阻容电路网络与电源偏置电路单元获取阻容网络分压电压，以使运算放大器单元进行进一步的输入控制，从而实现脉冲电信号的脉冲电信号峰值的有效检测。

进一步地，所述脉冲切换控制电路单元和所述MOS开关放电电路单元皆包括MOS开关和所述MOS开关的MOS驱动电路。

在上述实现过程中，脉冲切换控制电路单元和MOS开关放电电路单元可以通过两者各自包括的MOS开关和MOS开关的MOS驱动电路实现对脉冲电信号传输过程的控制，从而能够获取到更优质的激光雷达窄脉冲信号的峰值幅度。

进一步地，所述延时电路单元包括多层片式陶瓷式高速延时电路器件及多层片陶瓷式高速延时电路器件的外围电路，所述多层片陶瓷式高速延时电路器件的信号带宽为2Ghz，延时时间范围为0.1ns-10ns。

在上述实现过程中，使用信号带宽为2Ghz、延时时间范围为0.1ns-10ns的多层片陶瓷式高速延时电路器件能够有效的控制窄脉冲信号的信号脉冲宽度，从而使得该方法的最小可检测窄脉冲宽度达600ps，进而解决了当前方法中无法有效处理更窄脉冲的问题。

进一步地，所述运算放大器单元包括高速宽带放大器、第一对地电阻、第二对地电阻、第一反馈电阻、第二反馈电阻，其中，

所述高速宽带放大器具有正极性输入端、负极性输入端、输出端以及正负电源引脚；所述高速宽带放大器的带宽为1.7Ghz；

所述高速宽带放大器的正极性输入端分别与所述脉冲电信号放大单元、所述第一对地电阻相连接；

所述高速宽带放大器的负极性输入端分别与所述第一反馈电阻、所述第二反馈电阻、所述第二对地电阻相连接；

所述第一反馈电阻、第二反馈电阻与所述精密模拟开关相连接；

所述高速宽带放大器的输出端分别与所述阻容电路网络与电源偏置电路单元、所述精密模拟开关相连接；

所述高速宽带放大器的正负电源引脚分别连接正负5V电源。

在上述实现过程中，由高速宽带放大器、第一对地电阻、第二对地电阻、第一反馈电阻、第二反馈电阻共同组成的运算放大器单元能够更有效地实现脉冲电信号的运算放大，从而有利于有效检测窄脉冲信号的峰值幅度。

进一步地，所述阻容电路网络与电源偏置电路单元包括阻容网络、运算放大器，其中，

所述运算放大器用于对阻容网络输出的分压电压进行传递和电路隔离。

在上述实现过程中，运算放大器用于对阻容网络输出的分压电压进行传递和电路隔离，从而能够输出准确又有效的分压电压，进而有利于有效检测窄脉冲信号的峰值幅度。

进一步地，所述精密模拟开关为单刀双掷模拟精密电子开关，其中，

所述精密模拟开关与所述脉冲电信号峰值检测与采样控制单元相连接，用于接受所述脉冲电信号峰值检测与采样控制单元的驱动控制。

在上述实现过程中，精密模拟开关可以在脉冲电信号峰值检测与采样控制单元的驱动控制下，控制精密模拟开关与第一反馈电阻相连接还是与第二反馈电阻相连接，从而实现对运算放大器单元的输入控制，进而有利于有效检测窄脉冲信号的峰值幅度。

进一步地，所述射频二极管与峰值保持电容单元包括第一射频二极管、第二射频二极管、峰值储存电容器，其中，

所述第一射频二极管的输出端与所述阻容电路网络与电源偏置电路单元相连接，输入端接地；

所述第二射频二极管的输出端与所述峰值储存电容器相连接，输入端与所述第一射频二极管的输出端相连接。

在上述实现过程中，射频二极管与峰值保持电容单元能够通过具体元件实现对脉冲电信号峰值的保持与存储，从而实现对激光雷达窄脉冲信号的峰值幅度的获取。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请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申请的某些实施例，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为本申请实施例提供的一种激光雷达窄脉冲信号的峰值幅度检测系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种激光雷达窄脉冲信号的峰值幅度检测系统的部分具体结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种激光雷达窄脉冲信号的峰值幅度检测系统中部分电路的简易示意图；

图4为本申请实施例提供的一种激光雷达窄脉冲信号的峰值幅度检测系统中部分电路的具体结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种逻辑控制时序图。

图标：1-光电转换单元、2-脉冲电信号放大单元、3-脉冲电信号峰值检测单元、300-延时电路单元、IC-DL-多层片陶瓷式高速延时电路器件、RCL-多层片陶瓷式高速延时电路器件的外围电路、301-运算放大器单元、A1-高速宽带放大器、R4-第一对地电阻、R5-第二对地电阻、Rf1-第一反馈电阻、Rf2-第二反馈电阻、302-阻容电路网络与电源偏置电路单元、RC-阻容网络、A2-运算放大器、303-脉冲切换控制电路单元、304-模拟比较器单元、305-精密模拟开关、4-脉冲电信号峰值存储保持与放电单元、401-射频二极管与峰值保持电容单元、D1-第一射频二极管、D2-第二射频二极管、C1-峰值储存电容器、402-MOS开关放电电路单元、5-脉冲电信号峰值采样单元、6-脉冲电信号峰值检测与采样控制单元、7-脉冲激光发射单元。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请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申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或点连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的联通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。

实施例1

请参看图1，图1为本申请实施例提供的一种激光雷达窄脉冲信号的峰值幅度检测系统的结构示意图。该峰值幅度检测系统用于检测窄脉冲信号的峰值幅度，最小可检测额窄脉冲宽度可达600ps。其中，峰值幅度检测系统包括光电转换单元1、脉冲电信号放大单元2、脉冲电信号峰值检测单元3、脉冲电信号峰值存储保持与放电单元4、脉冲电信号峰值采样单元5、脉冲电信号峰值检测与采样控制单元6，其中，

光电转换单元1，用于接收脉冲光信号并转换脉冲光信号为脉冲电信号；

脉冲电信号放大单元2与光电转换单元1相连接，用于获取脉冲电信号并对脉冲电信号进行放大处理；

脉冲电信号峰值检测单元3与脉冲电信号放大单元2相连接，用于检测脉冲电信号经过放大后的脉冲电信号峰值；

脉冲电信号峰值存储保持与放电单元4与脉冲电信号峰值检测单元3相连接，用于存储脉冲电信号峰值；

脉冲电信号峰值采样单元5与脉冲电信号峰值存储保持与放电单元4相连接，用于对脉冲电信号峰值进行采样；

脉冲电信号峰值检测与采样控制单元6分别与光电转换单元1、脉冲电信号放大单元2、脉冲电信号峰值检测单元3、脉冲电信号峰值存储保持与放电单元4、脉冲电信号峰值采样电路单元5相连接，用于对光电转换单元1、脉冲电信号放大单元2、脉冲电信号峰值检测单元3、脉冲电信号峰值存储保持与放电单元4、脉冲电信号峰值采样单元5进行控制。

本实施例中，脉冲信号也可以叫方波，只不过方波是占空比是50％，窄脉冲就是占空比小于50％的方波信号。

举例来说，一个方波信号频率是1KHz，也就是这个方波信号的周期是1mS，但是脉宽只有50nS，这就是一个很窄的脉冲信号。

作为一种可选的实施方式，峰值幅度检测系统还包括脉冲激光发射单元7，其中，

脉冲激光发射单元7与脉冲电信号峰值检测与采样控制单元6相连接，用于输出脉冲激光信号。

本实施例中，脉冲激光信号被反射之后可以得到回波脉冲信号。

在本实施例，回波脉冲信号为上述的脉冲光信号。

本实施例中，脉冲电信号峰值检测与采样控制单元6发送激光驱动控制信号TPLD至脉冲激光发射单元7，以使脉冲激光发射单元7根据激光驱动控制信号TPLD输出脉冲激光信号。

本实施例中，脉冲电信号放大单元2发送光电转换之后的反映激光回波脉冲信号的回波脉冲电压信号至脉冲电信号峰值检测单元3。

在本实施例中，脉冲激光发射单元7根据激光驱动控制信号TPLD输出脉冲激光信号、回波脉冲电压信号为两个连续的脉冲间隔ns级别的脉冲电信号。

可见，实施图1所描述的激光雷达窄脉冲信号的峰值幅度检测系统，能够通过光电转换单元1对脉冲光信号进行转换得到脉冲电信号，然后发送脉冲电信号给脉冲电信号放大单元2进行信号放大处理，以使放大后的脉冲电信号可以被脉冲电信号峰值检测单元3检测到，并进一步由脉冲电信号峰值存储保持与放电单元4进行记录存储，以便脉冲电信号峰值采样单元5可以进一步进行信号采样，从而使得脉冲电信号峰值检测与采样控制单元可以实现对激光雷达窄脉冲信号的峰值幅度检测。可见，实施这种实施方式，能够通过多个单元之间的联携工作实现对脉冲电信号的接收、处理与采样，从而有效地检测到窄脉冲信号的峰值幅度。

实施例2

请参看图2，图2为本申请实施例提供的一种激光雷达窄脉冲信号的峰值幅度检测系统的部分具体结构示意图。

如图2所示，脉冲电信号峰值存储保持与放电单元4包括射频二极管与峰值保持电容单元401、MOS开关放电电路单元402，其中，

射频二极管与峰值保持电容单元401分别与MOS开关放电电路单元402、脉冲电信号峰值采样电路单元5相连接，用于存储脉冲电信号峰值。

作为一种可选的实施方式，脉冲电信号峰值检测单元3包括延时电路单元300、运算放大器单元301、阻容电路网络与电源偏置电路单元302、脉冲切换控制电路单元303、模拟比较器单元304以及精密模拟开关305，其中，

延时电路单元300分别与脉冲电信号放大单元2、运算放大器单元301相连接；

运算放大器单元301分别与阻容电路网络与电源偏置电路单元302、精密模拟开关305相连接；

阻容电路网络与电源偏置电路单元302分别与脉冲切换控制电路单元303、射频二极管与峰值保持电容单元401相连接。

本实施例中，光电转换单元1用于把脉冲激光信号转换为脉冲电流信号，脉冲电信号放大单元2用于把脉冲电流信号转换为脉冲电压信号并连接输入脉冲电信号峰值检测单元3。

本实施例中，脉冲电信号峰值检测单元3，包括采用多层片式陶瓷技术的高速延时电路单元300、运算放大器单元301(包括运算放大器及其外围电路单元)、精密模拟开关305、阻容电路网络与电源偏置电路单元302、模拟比较器单元304、MOS开关电路单元303。

本实施例中，为说明该峰值幅度检测系统针对单个脉冲的采样和针对干扰脉冲的滤除，上述控制过程还需要考虑逻辑控制信号MOS驱动控制信号G1，延时电路单元300、比较器单元304。

具体的过程如下：

首先，峰值检测与采样控制单元6驱动控制产生激光驱动控制信号TPLD，与此同步的，峰值检测与采样控制单元6驱动控制光电转换单元1、脉冲电信号放大单元2、脉冲电信号峰值检测单元3、脉冲电信号峰值存储保持与放电单元4、峰值采样单元5进入工作状态，等待回波脉冲信号。

其次，由于干扰激光脉冲、或其他干扰目标导致的1个以上的激光回波脉冲，使得光电转换单元1、脉冲电信号放大单元2最终输出的放大后的脉冲电压信号包含两个或两个以上连续的有一定时间间隔t的脉冲信号。为简便说明，以两个连续脉冲电压信号8为例，两个连续的脉冲电压信号8，其连接接入脉冲电信号峰值检测单元3，与此同时，脉冲电压信号8还连接计入比较器电路单元304。

冲脉冲电信号峰值检测单元3，其内部把对连接接入的脉冲电压信号8连接延时电路单元300，输出延时时间参数为td的脉冲电压信号连接接入运算放大器单元301(包括运算放大器及其外围电路单元)，运算放大器单元301输出进行了一定放大的经过延时参数td的带有两个连续的脉冲电压信号12。当比较器电路单元304在连接接入到第一个脉冲电压信号时，把脉冲信号比较输出数字格式矩形脉冲信号给峰值检测与采样控制单元6进行脉冲信号采样判别，峰值检测与采样控制单元6采样判别到第一个脉冲时，产生MOS驱动控制信号G1连接接入MOS开关电路单元303，MOS开关电路单元303导通工作，把运放单元302的输出信号12导通连接到地，使得此时刻出现在线路12上的脉冲电压信号幅度峰值不被后续的脉冲电信号峰值存储保持与放电单元4、峰值采样单元5连接计入，特别地，为确保此时出现在线路12上的脉冲电压信号正好保证第一个脉冲已经通过而第二个脉冲没有通过，延时电路单元的延时参数td的设计需与系统其它电路如比较器电路单元304的传播延时参数t1、峰值检测与采样控制单元6的传播延时参数t2、PCB走线延时参数tr、MOS开关电路单元303的传播延时系数调t3相匹配，即满足td＝t1+t2+t3+tr。通过上述过程，系统实现对单脉冲峰值幅度精准检测，测量脉冲后续间隔2ns以上的干扰脉冲信号均可通过电路和时序控制逻辑切断。为了更进一步地清楚说明系统控制逻辑时序之间的关系，如图5给出了系统各相关逻辑控制信号和脉冲信号逻辑时序之间的逻辑控制时序图。

请参阅图5，图5是本实施例中提供的一种逻辑控制时序图。其中，TPLD信号为峰值检测与采样控制单元6控制输出的激光驱动控制信号、RPP信号为脉冲电信号放大单元2输出的激光脉冲回波电压信号、运算放大器单元301给阻容电路网络与电源偏置电路单元302发送的信号为信号RtdPP(该信号是回波信号RPP经过延时电路单元300、运算放大器单元301后的输出信号)、脉冲切换控制电路单元303接收脉冲电信号峰值检测与采样控制单元6发送的MOS驱动控制信号G1、MOS开关放电电路单元402接收脉冲电信号峰值检测与采样控制单元6发送的MOS驱动控制信号G2、Tg为系统固有延时参数、Td为延时电路单元的延时参数。当MOS驱动控制信号G1、G2在低电平期间，允许信号链路上的脉冲信号通过阻容电路网络与电源偏置电路单元302、射频二极管与峰值保持电容单元401，从而检测脉冲峰值幅度。

实施这种实施方式，能够将运放作为跨导或跨阻式设计，本实施例将信号连接到运放的正极性或反极性输入端，采用精密电阻305配置一定的微调增益电路，能够省去传统方法的后续一个缓冲运放单元电路，减少电路传播延时，提高电路对窄脉冲信号的检测能力；同时提出将信号连接到运放的正极性或反极性输入端，采用精密电阻305配置一定的微调增益电路的放大电路结构、延时电路单元和比较器单元，结合峰值检测与采样控制单元6的系统控制逻辑时序，考虑走线和器件延时的参数，实现对单回波脉冲幅度值的精准采样，提高了系统对抗干扰脉冲能力和幅度检测的准确度。另外，将信号连接到运放的正极性或反极性输入端，采用精密电阻305配置一定的微调增益电路的放大电路结构，可提高对最小可探测脉冲幅度信号的检测能力。在电路中设计了阻容电路网络与电源偏置电路单元302给脉冲电信号峰值存储保持与放电单元4的信号链电路器件添加直流偏制，最小可探测信号幅度不在受二极管导通压降限制，且可解决饱和以后的脉冲信号，不同的饱和深度对应脉冲信号饱和宽度，峰值幅度可检测出信号这个饱和宽度的变化的情况。

在本实施例中，需要说明的是信号可连接到运放的正极性或反极性输入端，具体是连接运放的正极性或反极性输入端，取决于脉冲信号输入的极性，若为正极性脉冲输入信号，则连接到运放的正极性输入端，反之，则连接到运放的反极性输入端。

本实施例中，峰值检测与采样控制单元6采用FPGA做主控芯片，采用的FPGA芯片为XILINX的XC7S50-2 FTGB196I芯片；运算放大器可选用TI公司的LMH6702，MOS可选用EPC2212，MOS驱动器可选用LMG1020。

可见，实施这种实施方式，能够通过射频二极管与峰值保持电容单元401、MOS开关放电电路单元402两个单元实现脉冲电信号峰值的存储并能够进一步实现可持续峰值存储，进而保证了激光雷达窄脉冲信号的峰值幅度检测的连贯性以及检测效果；还能够延时电路单元300可以对放大后的脉冲电信号进行信号延时，然后再通过运算放大器单元用于对延时后的脉冲电信号进行运算放大，并通过阻容电路网络与电源偏置电路单元获取阻容网络分压电压，以使运算放大器单元进行进一步的输入控制，从而实现脉冲电信号的脉冲电信号峰值的有效检测。

实施例3

请参看图3，图3为本申请实施例提供的一种激光雷达窄脉冲信号的峰值幅度检测系统中部分电路的简易示意图。

请同时参看图4，图4为本申请实施例提供的一种激光雷达窄脉冲信号的峰值幅度检测系统中部分电路的具体结构示意图。

作为一种可选的实施方式，脉冲切换控制电路单元303和MOS开关放电电路单元402皆包括MOS开关和MOS开关的MOS驱动电路。

作为一种可选的实施方式，延时电路单元300包括多层片陶瓷式高速延时电路器件IC-DL及多层片陶瓷式高速延时电路器件IC-DL的外围电路RCL，多层片陶瓷式高速延时电路器件IC-DL的信号带宽为2Ghz，延时时间范围为0.1ns-10ns。

作为一种可选的实施方式，运算放大器单元301包括高速宽带放大器A1、第一对地电阻R4、第二对地电阻R5、第一反馈电阻Rf1、第二反馈电阻Rf2，其中，

高速宽带放大器A1具有正极性输入端、负极性输入端、输出端以及正负电源引脚；高速宽带放大器A1的带宽为1.7Ghz；

高速宽带放大器A1的正极性输入端分别与脉冲电信号放大单元2、第一对地电阻R4相连接；

高速宽带放大器A1的负极性输入端分别与第一反馈电阻Rf1、第二反馈电阻Rf2、第二对地电阻R5相连接；

第一反馈电阻Rf1、第二反馈电阻Rf2与精密模拟开关305相连接；

高速宽带放大器A1的输出端分别与阻容电路网络与电源偏置电路单元302、精密模拟开关305相连接；

高速宽带放大器A1的正负电源引脚分别连接正负5V电源。

作为一种可选的实施方式，阻容电路网络与电源偏置电路单元302包括阻容网络RC、运算放大器A2，其中，

运算放大器A2用于对阻容网络RC输出的分压电压进行传递和电路隔离。

作为一种可选的实施方式，精密模拟开关305为单刀双掷模拟精密电子开关，其中，

精密模拟开关305与脉冲电信号峰值检测与采样控制单元6相连接，用于接受脉冲电信号峰值检测与采样控制单元6的驱动控制。

作为一种可选的实施方式，射频二极管与峰值保持电容单元401包括第一射频二极管D1、第二射频二极管D2、峰值储存电容器C1，其中，

第一射频二极管D1的输出端与阻容电路网络与电源偏置电路单元302相连接，输入端接地；

第二射频二极管D2的输出端与峰值储存电容器C1相连接，输入端与第一射频二极管D1的输出端相连接。

如图4，延时电路单元300包括多层片式陶瓷式高速延时电路器件及其外围电路，其信号带宽高达2Ghz，可选延时时间范围0.1ns-10ns，其外围电路可选为由电阻R，电感L，电容C等组成的RCL-1至RCL-n无源电路网络，其RCL的个数n可以根据电路延时总需要和后级延时IC具体参数指标情况而定。

阻容电路网络与电源偏置电路单元302中，使用运放对阻容网络的分压电压进行传递和电路隔离。

脉冲电信号峰值存储保持与放电单元4包括的MOS开关放电电路单元402、射频二极管与峰值保持电容单元401。MOS开关放电电路单元402主要由MOS驱动电路LGM1020、MOS管Q2及其外围电阻R组成，射频二极管与峰值保持电容单元401主要由射频二极管D1、D2、MOS管Q1及其外围电阻R1、R2、R3、C1、C2等电路元器件组成。

请参阅图5，图5是本实施例中提供的一种逻辑控制时序图。其中，TPLD信号为峰值检测与采样控制单元6控制输出的激光驱动控制信号、RPP信号为脉冲电信号放大单元2输出的激光脉冲回波电压信号、运算放大器单元301给阻容电路网络与电源偏置电路单元302发送的信号为信号RtdPP(该信号是回波信号RPP经过延时电路单元300、运算放大器单元301后的输出信号)、脉冲切换控制电路单元303接收脉冲电信号峰值检测与采样控制单元6发送的MOS驱动控制信号G1、MOS开关放电电路单元402接收脉冲电信号峰值检测与采样控制单元6发送的MOS驱动控制信号G2、Tg为系统固有延时参数、Td为延时电路单元的延时参数。当MOS驱动控制信号G1、G2在低电平期间，允许信号链路上的脉冲信号通过阻容电路网络与电源偏置电路单元302、射频二极管与峰值保持电容单元401，从而检测脉冲峰值幅度。

根据本实施例进行举例，可得一种激光雷达窄脉冲信号峰值幅度检测电路系统的工作过程如下：

峰值检测与采样控制单元6驱动控制产生激光驱动控制信号TPLD，脉冲激光发射单元7在激光发射驱动控制信号TPLD作用下，产生脉冲激光信号。与此同步的，峰值检测与采样控制单元6驱动控制光电转换单元1、脉冲电信号放大单元2、脉冲电信号峰值检测单元3、脉冲电信号峰值存储保持与放电单元4、峰值采样单元5进入工作状态，等待回波脉冲信号。

其中，脉冲激光信号被激光光学接收系统接收并耦合进入光电转换单元1，光电转换单元1把脉冲激光信号转换为脉冲电流信号并输入连接到脉冲信号放大单元2，脉冲信号放大单元2对连接输入的脉冲电流信号进一步放大并输出放大后的脉冲电压信号。放大后的脉冲电压信号连接接入脉冲电信号峰值检测单元3，通过脉冲电信号峰值检测单元3把脉冲电压信号的峰值幅度进行一定的放大后连接输入脉冲电信号峰值存储保持与放电单元4，脉冲电信号峰值存储保持与放电单元4将脉冲信号的峰值幅度保持住并维持在一个幅度一定时间th，维持在一定幅度的峰值信号连接输入峰值采样单元5，峰值采样单元5采样此时的峰值信号幅度值并把采样结果传输给峰值检测与采样控制单元6。峰值检测与采样控制单元6在获取到峰值采样单元5返回的一个采样幅度值结果后，立即驱动控制产生一个MOS驱动控制信号G2，MOS驱动控制信号G2连接MOS开关放电电路单元402，MOS开关放电电路单元402把此时的维持在一定幅度的峰值信号通过放电通路释放为0，为下一个脉冲电压信号采样做准备。放大后的脉冲电压信号还连接接入比较器单元304。

可见，实施这种实施方式，能够检测激光雷达窄脉冲信号峰值幅度，从而实现窄脉冲宽度为600ps的窄脉冲信号的峰值幅度检测；同时，实施这种实施方式，还能够有效地检测单个脉冲回波峰值，因为最小间隔2ns以上的干扰脉冲可被识别和切断，以使该种干扰不被输入至后续峰值检测电路，从而极大减少干扰脉冲对幅度检测准确性的影响；另外，实施这种实施方式，还能够提高最小可探测脉冲信号幅度检测灵敏度，其最小可探测脉冲信号幅度可达50mV；最后，因为饱和以后的脉冲信号，不同的饱和深度对应不同的脉冲信号饱和宽度，基于此，实施这种实施方式，能够解决目前无法检测信号饱和变化的问题，从而能够有效反应不同强反射率测量面的景深，有利于测量场景的真实复现。

在上述所有实施例中，“大”、“小”是相对而言的，“多”、“少”是相对而言的，“上”、“下”是相对而言的，对此类相对用语的表述方式，本申请实施例不再多加赘述。

应理解，说明书通篇中提到的“在本实施例中”、“本申请实施例中”或“作为一种可选的实施方式”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在本实施例中”、“本申请实施例中”或“作为一种可选的实施方式”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定特征、结构或特性可以以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

在本申请的各种实施例中，应理解，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的必然先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应与权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种激光雷达窄脉冲信号的峰值幅度检测系统，其特征在于，所述峰值幅度检测系统包括光电转换单元、脉冲电信号放大单元、脉冲电信号峰值检测单元、脉冲电信号峰值存储保持与放电单元、脉冲电信号峰值采样单元、脉冲电信号峰值检测与采样控制单元，其中，

所述光电转换单元，用于接收脉冲光信号并转换所述脉冲光信号为脉冲电信号；

所述脉冲电信号放大单元与所述光电转换单元相连接，用于获取所述脉冲电信号并对所述脉冲电信号进行放大处理；

所述脉冲电信号峰值检测单元与所述脉冲电信号放大单元相连接，用于检测所述脉冲电信号经过放大后的脉冲电信号峰值；

所述脉冲电信号峰值存储保持与放电单元与所述脉冲电信号峰值检测单元相连接，用于存储所述脉冲电信号峰值；

所述脉冲电信号峰值采样单元与所述脉冲电信号峰值存储保持与放电单元相连接，用于对所述脉冲电信号峰值进行采样；

所述脉冲电信号峰值检测与采样控制单元分别与所述光电转换单元、所述脉冲电信号放大单元、所述脉冲电信号峰值检测单元、所述脉冲电信号峰值存储保持与放电单元、所述脉冲电信号峰值采样电路单元相连接，用于对所述光电转换单元、所述脉冲电信号放大单元、所述脉冲电信号峰值检测单元、所述脉冲电信号峰值存储保持与放电单元、所述脉冲电信号峰值采样单元进行控制；其中，

所述脉冲电信号峰值存储保持与放电单元，还用于在接收到脉冲电信号峰值检测与采样控制单元产生驱动控制信号时，对所述脉冲电信号峰值对应的脉冲电信号峰值信号进行放电释放，以使所述脉冲电信号峰值存储保持与放电单元存储下一个脉冲电信号峰值。

2.根据权利要求1所述的激光雷达窄脉冲信号的峰值幅度检测系统，其特征在于，所述峰值幅度检测系统还包括脉冲激光发射单元，其中，

所述脉冲激光发射单元与所述脉冲电信号峰值检测与采样控制单元相连接，用于输出脉冲激光信号。

3.根据权利要求1所述的激光雷达窄脉冲信号的峰值幅度检测系统，其特征在于，所述脉冲电信号峰值存储保持与放电单元包括射频二极管与峰值保持电容单元、MOS开关放电电路单元，其中，

所述射频二极管与峰值保持电容单元分别与所述MOS开关放电电路单元、所述脉冲电信号峰值采样电路单元相连接，用于存储所述脉冲电信号峰值。

4.根据权利要求3所述的激光雷达窄脉冲信号的峰值幅度检测系统，其特征在于，所述脉冲电信号峰值检测单元包括延时电路单元、运算放大器单元、阻容电路网络与电源偏置电路单元、脉冲切换控制电路单元、模拟比较器单元以及精密模拟开关，其中，

所述延时电路单元分别与所述脉冲电信号放大单元、所述运算放大器单元相连接；

所述运算放大器单元分别与所述阻容电路网络与所述电源偏置电路单元、所述精密模拟开关相连接；

所述阻容电路网络与电源偏置电路单元分别与所述脉冲切换控制电路单元、所述射频二极管与峰值保持电容单元相连接。

5.根据权利要求4所述的激光雷达窄脉冲信号的峰值幅度检测系统，其特征在于，所述脉冲切换控制电路单元和所述MOS开关放电电路单元皆包括MOS开关和所述MOS开关的MOS驱动电路。

6.根据权利要求4所述的激光雷达窄脉冲信号的峰值幅度检测系统，其特征在于，所述延时电路单元包括多层片陶瓷式高速延时电路器件及多层片陶瓷式高速延时电路器件的外围电路，所述多层片陶瓷式高速延时电路器件的信号带宽为2Ghz，延时时间范围为0.1ns-10ns。

7.根据权利要求4所述的激光雷达窄脉冲信号的峰值幅度检测系统，其特征在于，所述运算放大器单元包括高速宽带放大器、第一对地电阻、第二对地电阻、第一反馈电阻、第二反馈电阻，其中，

所述高速宽带放大器具有正极性输入端、负极性输入端、输出端以及正负电源引脚；所述高速宽带放大器的带宽为1.7Ghz；

所述高速宽带放大器的正极性输入端分别与所述脉冲电信号放大单元、所述第一对地电阻相连接；

所述高速宽带放大器的负极性输入端分别与所述第一反馈电阻、所述第二反馈电阻、所述第二对地电阻相连接；

所述第一反馈电阻、第二反馈电阻与所述精密模拟开关相连接；

所述高速宽带放大器的输出端分别与所述阻容电路网络与电源偏置电路单元、所述精密模拟开关相连接；

所述高速宽带放大器的正负电源引脚分别连接正负5V电源。

8.根据权利要求4所述的激光雷达窄脉冲信号的峰值幅度检测系统，其特征在于，所述阻容电路网络与电源偏置电路单元包括阻容网络、运算放大器，其中，

所述运算放大器用于对阻容网络RC输出的分压电压进行传递和电路隔离。

9.根据权利要求4所述的激光雷达窄脉冲信号的峰值幅度检测系统，其特征在于，所述精密模拟开关为单刀双掷模拟精密电子开关，其中，

所述精密模拟开关与所述脉冲电信号峰值检测与采样控制单元相连接，用于接受所述脉冲电信号峰值检测与采样控制单元的驱动控制。

10.根据权利要求4所述的激光雷达窄脉冲信号的峰值幅度检测系统，其特征在于，所述射频二极管与峰值保持电容单元包括第一射频二极管、第二射频二极管、峰值储存电容器，其中，

所述第一射频二极管的输出端与所述阻容电路网络与电源偏置电路单元相连接，输入端接地；

所述第二射频二极管的输出端与所述峰值储存电容器相连接，输入端与所述第一射频二极管的输出端相连接。

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