CN114690164A - 一种可输出多种脉冲的激光目标模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可输出多种脉冲的激光目标模拟器，包括：激光发射模块、激光能量控制模块、通讯接口模块、存储模块、触发模块、数字控制电路和系统供电模块；所述激光发射模块用于在数字控制电路的控制下产生波形和波形数字序列相对应的激光脉冲；激光能量控制模块用于对激光发射模块产生的激光能量脉冲进行衰减；通讯接口模块用于与外界进行人机交互和数据传输；触发模块用于触发波形数字序列的发送；存储模块用来存储多组波形数字序列以及衰减量控制数字值。激光目标模拟器可产生多组波形与波形数字序列对应的激光脉冲，且可对激光脉冲进行能量调节，能更真实的模拟激光脉冲经过大气传输后的回波情况，更好的对激光脉冲回波信号进行模拟。

Description

一种可输出多种脉冲的激光目标模拟器

技术领域

本发明涉及激光接收设备测试用脉冲激光回波产生设备技术领域，具体涉及一种可输出多种脉冲的激光目标模拟器。

背景技术

激光测距机、激光雷达等含有激光接收机的设备研发过程中，其灵敏度测试、动态范围测试、脉冲检测、TOF计时测试和标定、功能和异常测试等对于研发至关重要。

激光测距机和激光雷达在实际工作过程中，目标返回的激光脉冲回波经长距离传输时受到大气扰动、雨雾折射等因素的影响会造成波形变化，而且激光脉冲被复杂目标表面反射时波形亦会被调制，造成激光脉冲回波波形与激光发射时波形不同，且导致激光脉冲回波波形会随时间而变化。

激光测距机和激光雷达在测量目标的过程中会遇到多脉冲回波的情形，所以激光测距机和激光雷达具备处理多脉冲回波的能力。另外有些激光雷达为了提高信噪比，采用多脉冲积累方法，同样需要处理多脉冲激光回波。且激光雷达、激光测距机为了提高测距精度，需要对不同波形的激光目标回波进行测试和对输出结果进行校正，这就需要一种可输出任意波形的可输出多种脉冲的激光目标模拟器来提供激光回波。

而现有的激光目标模拟器功能主要实现激光能量衰减功能，忽略激光脉冲随着大气传输造成的波形调制效应，只能输出同样波形的脉冲，未能有效的对波形会随时间而变化的激光目标回波进行模拟，限制了使用场景和使用效果。

因此针对这一现状，迫切需要设计和生产一种可输出多种波形的激光回波模拟器，以解决现有技术中的激光目标模拟器只能输出同样波形的脉冲，未能有效的对波形会随时间而变化的激光目标回波进行模拟，限制了使用场景和使用效果的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可输出多种脉冲的激光目标模拟器，该激光回波模拟器可以产生多组波形与波形数字序列对应的激光脉冲，且可对激光脉冲进行能量调节，能更真实的模拟激光脉冲经过大气传输后的回波情况，更好的对激光脉冲回波信号进行模拟。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现。

一种可输出多种脉冲的激光目标模拟器，包括：激光发射模块、激光能量控制模块、通讯接口模块、存储模块、触发模块、数字控制电路和系统供电模块；

所述通讯接口模块与数字控制电路相连，通讯接口模块用于与外界进行人机交互和数据传输；

所述存储模块与数字控制电路相连，存储模块用来存储通讯接口模块传入的多组波形数字序列以及衰减量控制数字值；

所述触发模块与数字控制电路相连，所述触发模块用于触发波形数字序列的发送；

所述激光发射模块的信号输入端与数字控制电路连接，激光脉冲输出端与激光能量控制模块的激光脉冲输入端连接，所述激光发射模块用于在数字控制电路的控制下产生多组波形和波形数字序列相对应的激光脉冲；

所述激光能量控制模块的信号输入端与数字控制电路连接，所述激光能量控制模块用于根据数字控制电路传入的衰减量控制数字值对激光发射模块产生的激光脉冲进行衰减；

所述系统供电模块用于为激光发射模块、激光能量控制模块、通讯接口模块、存储模块及数字控制电路供电。

作为优选，所述激光发射模块包括激光发射源、数字模拟转换器和驱动电路；

所述数字模拟转换器的信号输入端与数字控制电路连接，输出端与驱动电路相连，数字模拟转换器用于将波形数字序列转化为模拟电信号，驱动电路用于将模拟电信号进行放大，并驱动激光发射源发光，产生波形和波形数字序列相对应的激光脉冲。

作为优选，所述激光发射源为半导体激光二极管，所述激光发射模块还包括温度控制电路；

所述温度控制电路与数字控制电路连接，温度控制电路用于为半导体激光二极管提供温控。

作为优选，所述激光能量控制模块包括依次连接的光衰减器VOA、电压放大器、数值模拟转换器；

所述光衰减器VOA的激光脉冲输入端与半导体激光二极管的激光脉冲输出端连接；

所述数值模拟转换器的信号输入端与数字控制电路连接，所述数值模拟转换器可将从数字控制电路接收到的衰减量控制数字值转换成对应的电压，电压通过电压放大器放大后加载到光衰减器VOA两端，控制光衰减器VOA的衰减量。

作为优选，所述存储模块内存储有多组衰减量控制数字值。

作为优选，所述存储模块存储的波形数字序列与数字模拟转换器的更新频率、有效位数相对应。

作为优选，所述通讯接口模块设置有修改端口，通过修改端口可对存储模块存储的波形数字序列及衰减量控制数字值进行修改。

作为优选，所述存储模块存储的波形数字序列通过光电采集系统在外场试验中获得或通过计算模拟产生。

作为优选，所述系统供电模块为激光发射模块、激光能量控制模块、通讯接口模块、存储模块及数字控制电路提供直流供电。

本发明的有益效果是：

本方案提供的一种可输出多种脉冲的激光目标模拟器，包括：激光发射模块、激光能量控制模块、通讯接口模块、存储模块、触发模块、数字控制电路和系统供电模块；所述触发模块用于触发波形数字序列的发送；所述激光发射模块用于在数字控制电路的控制下产生波形和波形数字序列相对应的激光脉冲；激光能量控制模块用于对激光发射模块产生的激光能量脉冲进行衰减；通讯接口模块用于与外界进行人机交互和数据传输；存储模块用来存储多组波形数字序列以及衰减量控制数字值。使用时，通过通讯接口模块写入离散的波形数字序列，激光发射模块可产生多组波形与波形数字序列对应的激光脉冲，激光脉冲数量和激光脉冲波形可控制。多组激光脉冲之间既可以呈连续状，又可以呈非连续状，根据波形数字序列产生需要的回波信号。且激光能量控制模块可对激光脉冲进行能量调节，能更真实的模拟激光脉冲经过大气传输后的回波情况，可以更好的对激光脉冲回波信号进行模拟。

附图说明

图1是本实施例提供的可输出多种脉冲的激光目标模拟器的结构示意图。

图中：

1、激光发射模块；2、激光能量控制模块；3、通讯接口模块；4、存储模块；5、数字控制电路；6、系统供电模块；7、触发模块；

1-1、温度控制电路；1-2、半导体激光二极管；1-3、数字模拟转换器；1-4、驱动电路；

2-1、光衰减器VOA；2-2、模拟放大电路；2-3、数字模拟转换器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本方案提供的一种可输出多种脉冲的激光目标模拟器，包括：激光发射模块1、激光能量控制模块2、通讯接口模块3、存储模块4、触发模块7、数字控制电路5和系统供电模块6。所述数字控制电路5是系统逻辑和时序控制中心，用于控制激光发射模块1、激光能量控制模块2、通讯接口模块3及存储模块4。

所述存储模块4与数字控制电路5相连，存储模块5用来存储多组波形数字序列以及用于控制激光能量控制模块2衰减量的衰减量控制数字值。其中，存储模块5内存储的衰减量控制数字值可以为一组，也可以为多组。

所述通讯接口模块3与数字控制电路5相连，通讯接口模块3用于与外界进行人机交互和数据传输，通过通讯接口模块3将波形数字序列及衰减量控制数字值写入存储模块4。

所述触发模块7与数字控制电路5相连，所述触发模块7为波形数字序列的发送提供时钟，通过产生触发电信号脉冲来触发波形数字序列的发送。

所述激光发射模块1的信号输入端与数字控制电路5连接，激光脉冲输出端与激光能量控制模块2的激光脉冲输入端连接。作为优选方案，所述激光发射模块1包括激光发射源、数字模拟转换器1-3和驱动电路1-4。所述数字模拟转换器1-3的信号输入端与数字控制电路5连接，输出端与驱动电路1-4相连。驱动电路1-4与激光发射源相连。

所述激光发射模块1用于在数字控制电路5的控制下产生任意波形的激光能量脉冲。具体的，当触发模块7产生一个触发电信号脉冲时(通常为上升沿或者下降沿)，存储模块4中存储的波形数字序列通过数字控制电路5传送到数字模拟转换器1-3，数字模拟转换器1-3将波形数字序列转化为模拟电信号，驱动电路1-4用于将模拟电信号进行放大，并驱动激光发射源产生波形和波形数字序列相对应的激光脉冲。

将波形数据序列之间的波形数据设置为0，即激光器处于不发光状态，从而将各个激光脉冲分离开，形成多个不连续的激光脉冲。所以多组激光脉冲之间既可以呈连续状，又可以呈非连续状。

通过控制触发模块7发出触发电信号脉冲的时间间隔，可以获得不同时间间隔的脉冲信号，算作一簇激光脉冲。一个触发电信号脉冲产生一个激光脉冲，多个连续的触发电信号脉冲产生多个激光脉冲。同一簇激光脉冲时间间隔较短，两簇激光脉冲间隔较长。激光脉冲耦合在光纤中。

激光发射源所发射的激光脉冲可以是一组波形数字序列控制产生的相同波形的激光脉冲，也可以是多组波形数字序列分别控制产生的不同波形的激光脉冲，可以通过交叉组合形成不同的波形数字序列。具体实施时可以利用相同波形数字序列重复产生相同波形激光脉冲，也可以利用不同波形数字序列产生不同波形的激光脉冲。

由于激光发射模块1所产生的激光脉冲的波形和波形数字序列相对应，所以，只要波形数字序列足够多，激光发射模块1可产生任意波形的激光脉冲。

所述激光能量控制模块2的信号输入端与数字控制电路5连接，所述激光能量控制模块2用于对激光发射模块1产生的激光能量脉冲进行衰减，且不改变激光能量脉冲形状。具体的，数字控制电路5将存储模块4中存储的用于控制激光能量控制模块2衰减量的衰减量控制数字值传送到激光能量控制模块2，控制激光能量控制模块2的衰减量。激光发射模块1发出的多种波形的激光脉冲通过激光能量控制模块2后便衰减到相应的光功率值。

所述系统供电模块6用于为激光发射模块1、激光能量控制模块2、通讯接口模块3、存储模块4及数字控制电路5供电。

于本实施例中，作为进一步的优选方案，所述激光发射源为半导体激光二极管(LD，Laser Diode的缩写)1-2，所述激光发射模块1还包括温度控制电路1-1。

所述温度控制电路1-1与数字控制电路5连接，温度控制电路5用于为半导体激光二极管1-2提供温控。

本发明采用半导体激光二极管1-2作为激光发射单元，半导体激光二极管1-2具有调制速度快的特点，可以实现快速调制，从而输出任意波形。温度控制电路1-1为半导体激光二极管1-2提供温控，使半导体激光二极管1-2始终工作在最佳工作温度点上。

于本实施例中，作为优选方案，所述激光能量控制模块2包括依次连接的光衰减器VOA2-1、电压放大器2-2、数值模拟转换器2-3。

所述光衰减器VOA2-1的激光脉冲输入端与半导体激光二极管1-2的激光脉冲输出端连接。

所述数值模拟转换器2-3的信号输入端与数字控制电路5连接，数字控制电路5将存储模块4中存储的用于控制光衰减器VOA2-1衰减量的衰减量控制数字值传送到数值模拟转换器2-3。衰减量控制数字值作为数字控制电路5发出的控制指令。数值模拟转换器2-3可将从数字控制电路5接收到的衰减量控制数字值转换成对应的电压，电压通过电压放大器2-2放大后加载到光衰减器VOA2-1两端，控制光衰减器VOA2-1的衰减量。半导体激光二极管1-2发出的任意波形激光通过光衰减器VOA2-1后便衰减到相应的光功率值。即数字控制电路5向数值模拟转换器2-3发出不同的衰减量控制数字值，通过其转换成不同的电压，然后通过电压放大器2-2放大后加载到光衰减器VOA2-1两端。

于本实施例中，作为优选方案，所述存储模块4存储的波形数字序列与数字模拟转换器1-3的更新频率、有效位数相对应。

于本实施例中，作为优选方案，所述通讯接口模块3设置有修改端口，通过修改端口可对存储模块4存储的波形数字序列及衰减量控制数字值进行修改。

于本实施例中，作为优选方案，所述存储模块4存储的波形数字序列通过光电采集系统在外场试验中获得或通过计算模拟产生。

于本实施例中，作为优选方案，所述系统供电模块6为激光发射模块1、激光能量控制模块2、通讯接口模块3、存储模块4及数字控制电路5提供直流供电。

以下为可输出多种脉冲的激光目标模拟器的工作过程：

通过光电信号采集系统进行外场试验采集不同的波形数字序列，或者也可以通过计算机模拟产生不同的波形数字序列，形成和数字模拟转换器1-3的更新频率和有效位数相对应的波形数字序列，该波形数字序列通过通讯接口模块3被写入到存储模块4中。

应用时，数字控制电路5从存储模块4中获取特定的波形数字序列，将其按照顺序发送到数字模拟转换器1-3中，数字模拟转换器1-3将其转换为模拟电信号，驱动电路1-4对模拟电信号进行放大从而驱动半导体激光二极管1-2产生幅值调制后的具有一定波形的激光脉冲。具体实施时，可以利用相同波形数字序列重复产生相同波形的激光脉冲序列，也可以利用不同波形数字序列产生不同波形的激光脉冲序列。激光脉冲耦合在光纤中进行传输。

激光能量控制模块2对激光脉冲进行能量衰减。数字控制电路5向数值模拟转换器2-3发出不同的衰减量控制数字值，通过其转换成不同的电压，然后通过电压放大器2-2放大后加载到光衰减器VOA2-1两端，通过控制光衰减器VOA2-1来改变光衰减量，从而控制光输出能量。

当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种可输出多种脉冲的激光目标模拟器，其特征在于，包括：激光发射模块、激光能量控制模块、通讯接口模块、存储模块、触发模块、数字控制电路和系统供电模块；

所述通讯接口模块与数字控制电路相连，通讯接口模块用于与外界进行人机交互和数据传输；

所述存储模块与数字控制电路相连，存储模块用来存储通讯接口模块传入的多组波形数字序列以及衰减量控制数字值；

所述触发模块与数字控制电路相连，所述触发模块用于触发波形数字序列的发送；

所述激光发射模块的信号输入端与数字控制电路连接，激光脉冲输出端与激光能量控制模块的激光脉冲输入端连接，所述激光发射模块用于在数字控制电路的控制下产生多组波形和波形数字序列相对应的激光脉冲；

所述激光能量控制模块的信号输入端与数字控制电路连接，所述激光能量控制模块用于根据数字控制电路传入的衰减量控制数字值对激光发射模块产生的激光脉冲进行衰减；

所述系统供电模块用于为激光发射模块、激光能量控制模块、通讯接口模块、存储模块及数字控制电路供电。

2.如权利要求1所述的可输出多种脉冲的激光目标模拟器，其特征在于，所述激光发射模块包括激光发射源、数字模拟转换器和驱动电路；

所述数字模拟转换器的信号输入端与数字控制电路连接，输出端与驱动电路相连，数字模拟转换器用于将波形数字序列转化为模拟电信号，驱动电路用于将模拟电信号进行放大，并驱动激光发射源发光，产生波形和波形数字序列相对应的激光脉冲。

3.如权利要求2所述的可输出多种脉冲的激光目标模拟器，其特征在于，所述激光发射源为半导体激光二极管，所述激光发射模块还包括温度控制电路；

所述温度控制电路与数字控制电路连接，温度控制电路用于为半导体激光二极管提供温控。

4.如权利要求3所述的可输出多种脉冲的激光目标模拟器，其特征在于，所述激光能量控制模块包括依次连接的光衰减器VOA、电压放大器、数值模拟转换器；

所述光衰减器VOA的激光脉冲输入端与半导体激光二极管的激光脉冲输出端连接；

所述数值模拟转换器的信号输入端与数字控制电路连接，所述数值模拟转换器可将从数字控制电路接收到的衰减量控制数字值转换成对应的电压，电压通过电压放大器放大后加载到光衰减器VOA两端，控制光衰减器VOA的衰减量。

5.如权利要求4所述的可输出多种脉冲的激光目标模拟器，其特征在于，所述存储模块内存储有多组衰减量控制数字值。

6.如权利要求2所述的可输出多种脉冲的激光目标模拟器，其特征在于，所述存储模块存储的波形数字序列与数字模拟转换器的更新频率、有效位数相对应。

7.如权利要求1所述的可输出多种脉冲的激光目标模拟器，其特征在于，所述通讯接口模块设置有修改端口，通过修改端口可对存储模块存储的波形数字序列及衰减量控制数字值进行修改。

8.如权利要求1所述的可输出多种脉冲的激光目标模拟器，其特征在于，所述存储模块存储的波形数字序列通过光电采集系统在外场试验中获得或通过计算模拟产生。

9.如权利要求1所述的可输出多种脉冲的激光目标模拟器，其特征在于，所述系统供电模块为激光发射模块、激光能量控制模块、通讯接口模块、存储模块及数字控制电路提供直流供电。

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