CN114859323A - 一种脉冲测距中自动增益控制的信号处理方法及电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种脉冲测距中自动增益控制的信号处理方法及电路，属于脉冲测距技术领域，信号处理方法通过信号处理电路实现。信号处理电路包括:光电转换电路将激光回波脉冲信号转化为电脉冲信号；自动增益放大电路将电脉冲信号进行放大处理后得到放大信号；高斯脉冲展宽电路将放大信号进行波形展宽后得到宽脉冲信号；恒比定时电路将放大信号进行时间前沿提取后得到时间前沿数据；信号处理电路根据宽脉冲信号峰值调节自动增益放大电路的增益控制电压、光电转换电路的工作电压和激光器发射激光脉冲的脉冲宽度和峰值功率。本发明解决了不同距离、不同反射率的地物对测距精度具有较大影响，弱信号的峰值提取难度大的问题。

Description

一种脉冲测距中自动增益控制的信号处理方法及电路

技术领域

本发明涉及脉冲测距技术领域，具体涉及一种脉冲测距中自动增益控制的信号处理方法及电路。

背景技术

用于脉冲测距的信号处理电路为激光扫描测距设备的核心关键组件，合理的信号处理电路对提升测距距离与精度具有重要意义。

目前，现有脉冲测距的信号处理电路在处理激光回波脉冲时，不同距离和不同反射率的地物，对测距精度影响较大，而且在对弱信号（≤100mV）的窄脉冲宽度峰值的提取上有很大难度；因此，有必要提供一种脉冲测距中自动增益控制的信号处理方法及电路。

发明内容

本发明提供了一种脉冲测距中自动增益控制的信号处理方法及电路，以解决不同距离、不同反射率的地物对测距精度具有较大影响，以及弱信号的窄脉冲宽度峰值提取难度大的问题。

本说明书实施例的一方面公开了一种脉冲测距中自动增益控制的信号处理方法，包括如下步骤：

S101.通过信号处理电路中的FPGA调节激光器发射激光脉冲的脉冲宽度及峰值功率，并向激光器输出触发脉冲信号，使激光器产生相同频率的激光脉冲信号；

S102.通过光电转换电路将所述激光脉冲信号经目标物体表面漫反射返回的激光回波脉冲信号转化为电脉冲信号；

S103.通过自动增益放大电路对所述电脉冲信号进行放大处理后得到放大信号；

S104.通过高斯脉冲展宽电路对所述放大信号进行波形展宽后得到宽脉冲信号；

S105.通过恒比定时电路对所述放大信号进行时间前沿提取后得到时间前沿数据；

S106.根据所述宽脉冲信号峰值，通过信号处理电路调节所述自动增益放大电路的增益控制电压、所述光电转换电路的工作电压和所述激光器发射激光脉冲的脉冲宽度和峰值功率。

本说明书公开的一个实施例中，所述光电转换电路采用带跨阻的光电雪崩管对地物漫反射返回的激光回波脉冲信号进行光电转换，直接输出带有时间和灰度信息的电脉冲信号。

本说明书公开的一个实施例中，所述自动增益放大电路采用具有高带宽增益的放大芯片AD8336。

本说明书公开的一个实施例中，所述高斯脉冲展宽电路采用低通滤波及放大补偿的方式，将所述放大信号进行波形展宽，以将10ns及10ns以下的信号展宽至100ns及100ns以上，且|输出峰值-输入峰值|/输入峰值≤10%。

本说明书公开的一个实施例中，所述恒比定时电路对所述放大信号分别进行延迟和衰减后，进行恒比定时比较，以提取时间前沿数据，从而降低脉冲幅度对时刻判别的影响。

本说明书公开的一个实施例中，所述恒比定时电路还通过噪声门控电路将所述放大信号与预设阈值相比较得到门信号。

本说明书公开的一个实施例中，所述恒比定时电路采用同轴线延迟的方式对所述放大信号进行延迟，以保证所述门信号能够捕获时间前沿数据的同时，实现窄门信号，减少电路和杂散噪声干扰。

本说明书公开的一个实施例中，所述信号处理电路根据所述宽脉冲信号中的脉冲峰值幅度，阶梯式实时调节所述自动增益放大电路的放大增益。

本说明书公开的一个实施例中，所述信号处理电路通过内部具有延迟链的FPGA对激光器进行时序控制，且使测距时间间隔为：从激光器发射激光脉冲时刻到所述恒比定时电路输出信号前沿固定比例时刻的时间间隔。

本说明书实施例的另一方面公开了一种脉冲测距中自动增益控制的信号处理电路，用于执行上述中任一项所述的脉冲测距中自动增益控制的信号处理方法；所述脉冲测距中自动增益控制的信号处理电路包括：光电转换电路，用于将激光回波脉冲信号转化为电脉冲信号；自动增益放大电路，用于将所述电脉冲信号进行放大处理后得到放大信号；高斯脉冲展宽电路，用于将所述放大信号进行波形展宽后得到宽脉冲信号；恒比定时电路，用于将所述放大信号进行时间前沿提取后得到时间前沿数据；信号处理电路，用于根据所述宽脉冲信号峰值调节所述自动增益放大电路的增益控制电压、所述光电转换电路的工作电压和所述激光器发射激光脉冲的脉冲宽度和峰值功率。

本说明书实施例至少可以实现以下有益效果：

本发明通过光电转换电路、自动增益放大电路、高斯脉冲展宽电路、恒比定时电路和信号处理电路，可以将激光回波脉冲信号转化为电脉冲信号，再将电脉冲信号进行增益放大后得到放大信号，一路对放大信号进行波形展宽后得到宽脉冲信号，即可通过信号处理电路内置的低速AD获取脉冲峰值，实现弱信号的窄脉冲宽度峰值提取，并根据获取的脉冲峰值实时调节自动增益放大电路的增益控制电压、光电转换电路的工作电压和激光器发射激光脉冲的脉冲宽度和峰值功率，另一路对放大信号进行时间前沿提取后得到时间前沿数据，可以降低不同距离、不同反射率的地物对测距精度的影响；本发明可以降低电路的复杂度，提高电路信噪比，使自动增益放大电路的增益控制电压、光电转换电路的工作电压以及激光器发射激光脉冲的脉冲宽度和峰值功率联动可调，更能提高信号幅度的稳定性及质量，能大幅度改善激光测距性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明一些实施例中所涉及的脉冲测距中自动增益控制的信号处理方法的步骤示意图。

图2为本发明一些实施例中所涉及的脉冲测距中自动增益控制的信号处理电路的应用示意图。

图3为本发明一些实施例中所涉及的高斯脉冲展宽电路的电路示意图。

图4为本发明一些实施例中所涉及的放大信号S00、第一宽脉冲信号S01和第二宽脉冲信号S02的波形展宽示意图。

图5为本发明一些实施例中所涉及的恒比定时电路的电路示意图。

图6为本发明一些实施例中所涉及的衰减信号S03、二次延迟信号S04、二次放大信号S05、阈值信号S06、前沿时刻信号S07、比较信号S08和前沿时间数据信号S09的输出波形示意图。

图7为本发明一些实施例中所涉及的自动增益放大电路的增益控制电压调节过程，以及调节光电转换电路的工作电压调节过程的流程示意图。

附图标记：

图3和图4中：S00、放大信号；S01、第一宽脉冲信号；S02、第二宽脉冲信号。

图5和图6中：S03、衰减信号；S04、二次延迟信号；S05、二次放大信号；S06、阈值信号；S07、前沿时刻信号；S08、比较信号；S09、前沿时间数据信号。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

此外，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

如图1所示，本说明书实施例的一方面公开了一种脉冲测距中自动增益控制的信号处理方法包括如下步骤：

S101.通过信号处理电路中的FPGA调节激光器发射激光脉冲的脉冲宽度及峰值功率，并向激光器输出触发脉冲信号，使激光器产生相同频率的激光脉冲信号；

S102.通过光电转换电路将激光脉冲信号经目标物体表面漫反射返回的激光回波脉冲信号转化为电脉冲信号；

S103.通过自动增益放大电路对电脉冲信号进行放大处理后得到放大信号；

S104.通过高斯脉冲展宽电路对放大信号进行波形展宽后得到宽脉冲信号；

S105.通过恒比定时电路对放大信号进行时间前沿提取后得到时间前沿数据；

S106.根据宽脉冲信号峰值，通过信号处理电路调节自动增益放大电路的增益控制电压、光电转换电路的工作电压和激光器发射激光脉冲的脉冲宽度和峰值功率。

其中，激光器可以选用频率范围50KHz～1000KHz，脉宽1ns～10ns可调，峰值功率250W～4000W可调的激光发射设备。

步骤S101具体为：

由信号处理电路中的FPGA控制激光器的脉冲宽度及峰值功率，并产生频率为50KHz～1000KHz范围内的TTL触发脉冲信号，触发激光器产生相同频率的激光脉冲，激光脉冲通过收发光路到达目标物体，目标物体表面漫反射返回激光回波脉冲；其中触发脉冲信号作为基准信号，从目标物体表面漫反射返回的激光回波脉冲作为回波信号。

在该步骤中，FPGA（Field－Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路，激光脉冲信号由激光器发射，FPGA控制激光脉冲信号的脉冲宽度和峰值功率，可选用ALTERA EP3C40F484。

步骤S102具体为：

激光回波脉冲通过收发光路被光电转换电路接收并转换为带有时间和灰度信息的电脉冲信号，光电转换电路可以具体为APD光电探测器，其响应度可达到340KV/W。

步骤S103具体为：

自动增益放大电路根据后级（信号处理电路内置的低速AD）采集的脉冲峰值数据，将电脉冲信号放大到合适的幅值范围，以保持信号前沿不失真为准，从而保留准确的前沿时刻信息。

该步骤中，自动增益放大电路可以选用高带宽自动增益放大器AD8336，增益范围最大可达到60dB。

步骤S104具体为：

高斯脉冲展宽电路在不改变脉冲幅度（灰度信息）的前提下，通过低通滤波及放大补偿的方式将自动增益放大电路输出的放大信号S00进行二次波形展宽，分别得到第一宽脉冲信号S01和第二宽脉冲信号S02，放大信号S00、第一宽脉冲信号S01和第二宽脉冲信号S02的波形展宽示意图如图4所示，可以将10ns及10ns以下的信号展宽至100ns及100ns以上，|输出峰值-输入峰值|/输入峰值≤10%，该峰值是自动增益放大电路的增益调节的重要参数。

该步骤中，高斯脉冲展宽电路采用有源滤波的方式，通过有源低通滤波器进行放大补偿，扩展脉冲信号宽度的同时，放大补偿信号幅度。

步骤S105具体为：

恒比定时电路通过将自动增益放大电路输出的放大信号S00，一路延时后分成两路，其中一路衰减输出衰减信号S03，另外一路延时输出二次延迟信号S04，送入比较器进行恒比定时比较，获取准确的前沿时刻信号S07，比较器可以选用高速比较器MAX40026，当信号输入范围在10mV到1V时，其延时抖动≤25ps，降低脉冲幅度对时刻判别精度的影响；另一路放大后输出二次放大信号S05，送入比较器与预设阈值的阈值信号S06比较，输出比较信号S08并送入与门，与前沿时刻信号S07相与，获得带有高精度时间前沿时间数据的前沿时间数据信号S09，采用该方式可以大幅度减少电路和杂散噪声干扰。衰减信号S03、二次延迟信号S04、二次放大信号S05、阈值信号S06、前沿时刻信号S07、比较信号S08和前沿时间数据信号S09的输出波形示意图如图6所示，而图6中的“前沿抖动”是指比较器自身引起的前沿抖动。

该步骤中，延迟采用同轴线延迟，保证信号传输不失真，同时减少了器件对延时时间的影响，尽可能使定时点发生在衰减信号的上升沿最陡峭处，即斜率最大的位置，比较点约前沿2/3位置。

步骤S106具体为：

信号处理电路通过内置的低速AD对宽脉冲信号进行采样提取峰值，获取灰度信息，同时对自动增益放大电路进行分阶段实时调节增益，将放大信号控制在合理的幅值范围内，并调节光电转换电路的工作电压，使第二宽脉冲信号S02的脉冲幅度满足后级比较器延迟抖动小于25ps的幅度输入范围，放大器输出延时受输入信号的压摆率影响，电脉冲信号的脉冲幅度越低，压摆率越高；信号处理电路根据恒比定时电路输出的前沿时刻数据（前沿时间数据信号S09），送入FPGA内部时间延迟链，测距时间间隔为：从激光器发射激光脉冲时刻到恒比定时电路输出信号前沿固定比例时刻的时间间隔。

该步骤中，低速AD是指频率50MHz以下的模数转换芯片（ADC），减少了硬件成本和逻辑控制难度。

低速AD对宽脉冲信号进行采样提取峰值，并根据峰值对自动增益放大电路的增益控制电压（以下简称增益控制电压）进行分阶段实时调节，以及调节光电转换电路的工作电压（以下简称APD高压）和调节激光器的激光脉冲过程如下：

第一步：分段设置多个预设阈值，形成阶段阈值；

第二步：采样提取峰值，并与阶段阈值进行比较，如图7所示；

第三步：当峰值大于或等于最大峰值阈值，进一步判断增益控制电压是否小于或等于最小增益控制电压，若是，进一步判断APD高压是否小于或等于最小APD高压，若否，减小增益控制电压，并返回上一步；当APD高压小于或等于最小APD高压，则减小激光器发射峰值功率，并返回上一步；当APD高压大于最小APD高压，则减小APD高压，并返回上一步；

当峰值小于或等于最小峰值阈值，进一步判断增益控制电压是否大于或等于最大增益控制电压，若是，进一步判断APD高压是否小于或等于最优增益高压，若否，增大增益控制电压，并返回上一步；当APD高压小于或等于最优增益高压，则增大APD高压，并返回上一步；当APD高压大于最优增益高压，则增大激光器发射峰值功率，并返回上一步；

当峰值小于最大峰值阈值且大于最小峰值阈值之间（即除上述情况外）时，判断峰值在哪个区间阈值范围内，根据区间阈值设置增益控制电压，并返回上一步。区间阈值如：最大峰值阈值为1V,最小峰值阈值为0.01V，0.01V～0.049V对应增益20倍，0.05V～0.099V对应增益10倍，0.1V～0.19V对应增益5倍，0.2V～0.5V增益2倍，0.5V～1V不增益；此为举例说明上述原理，具体峰值阈值的设置根据实际情况进行设置即可。

如图2所示，本说明书实施例的另一方面公开了一种脉冲测距中自动增益控制的信号处理电路，用于执行脉冲测距中自动增益控制的信号处理方法；脉冲测距中自动增益控制的信号处理电路包括:光电转换电路，用于将激光回波脉冲信号转化为电脉冲信号；自动增益放大电路，用于将电脉冲信号进行放大处理后得到放大信号；高斯脉冲展宽电路，用于将放大信号进行波形展宽后得到宽脉冲信号；恒比定时电路，用于将放大信号进行时间前沿提取后得到时间前沿数据；信号处理电路，用于根据宽脉冲信号峰值调节自动增益放大电路的增益控制电压、光电转换电路的工作电压和激光器发射激光脉冲的脉冲宽度和峰值功率。

应当理解的是，光电转换电路与自动增益放大电路连接，自动增益放大电路分别与高斯脉冲展宽电路和恒比定时电路连接，高斯脉冲展宽电路和恒比定时电路均与信号处理电路连接，信号处理电路分别与自动增益放大电路和激光器连接，以实现本发明所描述的功能，解决本发明所提出的技术问题。

脉冲测距中自动增益控制的信号处理电路的具体工作内容（工作过程）如下：

目标物体前设置有收发光路，激光器发射的激光脉冲通过收发光路射中目标物体后，激光脉冲经目标物体表面漫反射返回激光回波脉冲信号，激光回波脉冲信号通过收发光路后被光电转换电路接收并转化为电脉冲信号，电脉冲信号进入自动增益放大电路进行增益放大处理后得到放大信号，此时，放大信号有两路输出：一路放大信号进入高斯脉冲展宽电路进行波形展宽后得到宽脉冲信号，宽脉冲信号进入信号处理电路进行低速AD采样后得到高峰值窄激光脉冲的峰值功率，信号处理电路根据该峰值功率调节自动增益放大电路的增益控制电压和光电转换电路的工作电压，实现了弱信号的窄脉冲宽度峰值提取，同时通过该峰值功率调节激光器发射激光脉冲的脉冲宽度和峰值功率，可以降低不同距离、不同反射率的地物对测距精度的影响；另一路放大信号进入恒比定时电路进行时间前沿提取后得到时间前沿数据，信号处理电路根据该时间前沿数据得到时间间隔数据。

清楚的是，本实施例的重点在于通过光电转换电路、自动增益放大电路、高斯脉冲展宽电路、恒比定时电路和信号处理电路组成脉冲测距中自动增益控制的信号处理电路，对激光回波脉冲信号进行上述处理后，解决了不同距离、不同反射率的地物对测距精度具有较大影响，以及弱信号的窄脉冲宽度峰值提取难度大的问题；具体的光电转换电路、自动增益放大电路、高斯脉冲展宽电路、恒比定时电路和信号处理电路可以选用具有上述功能的现有电路，即本实施例的重点简述为：利用具有上述功能的现有电路（现有设备）组成脉冲测距中自动增益控制的信号处理电路；具体的器件选用以及器件参数设置可直接参照现有技术或通过有限次实验即可得到，由于不是本实施例的重点，在此不再叙述说明，当然也可以参考下述实施例的技术方案。

在一些实施例中，光电转换电路可以为APD光电探测器。

在一些实施例中，光电转换电路采用带跨阻的光电雪崩管对地物漫反射返回的激光回波脉冲信号进行光电转换，直接输出带有时间和灰度信息的电脉冲信号。

在一些实施例中，自动增益放大电路采用具有高带宽增益的放大芯片AD8336。

在一些实施例中，高斯脉冲展宽电路采用低通滤波及放大补偿的方式，将放大信号进行波形展宽，以将10ns及10ns以下的信号展宽至100ns及100ns以上，且|输出峰值-输入峰值|/输入峰值≤10%。高斯脉冲展宽电路可以采用有源滤波的方式处理放大信号。

在一些实施例中，如图3所示，高斯脉冲展宽电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C1、电容C2、运算放大器U1和运算放大器U2，电阻R1均与运算放大器U1的同相端和接地的电容C1连接，运算放大器U1的反相端均与电阻R2的一端和接地的电阻R3连接，电阻R2的另一端均与运算放大器U1的输出端和电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端均与运算放大器U2的同相端和接地的电容C2连接，运算放大器U2的反相端均与电阻R5的一端和接地的电阻R6连接，电阻R5的另一端与运算放大器U1的输出端连接。

其中，电阻R1和电容C1构成滤波电路，电阻R4和电容C2构成滤波电路；自动增益放大电路输出的放大信号S00通过由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1和运算放大器U1构成的一级展宽电路后得到第一宽脉冲信号S01，第一宽脉冲信号S01通过由电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C2和运算放大器U2构成的二级展宽电路后得到第二宽脉冲信号S02，放大信号S00、第一宽脉冲信号S01和第二宽脉冲信号S02的波形展宽示意图如图4所示，可以将10ns及10ns以下的信号展宽至100ns及100ns以上，且使|输出峰值-输入峰值|/输入峰值≤10%（单位：V），宽脉冲信号S03的峰值功率是信号处理电路调节自动增益放大电路的增益控制电压和光电转换电路的工作电压的重要参数；运算放大器U1和运算放大器U2的型号可以为ADA4807-2。

在一些实施例中，恒比定时电路对放大信号分别进行延迟和衰减后，进行恒比定时比较，以提取时间前沿数据，从而降低脉冲幅度对时刻判别的影响。

在一些实施例中，恒比定时电路还通过噪声门控电路将放大信号与预设阈值相比较得到门信号。

在一些实施例中，恒比定时电路采用同轴线延迟的方式对放大信号进行延迟，以保证门信号能够捕获时间前沿数据的同时，实现窄门信号，减少电路和杂散噪声干扰。

在一些实施例中，如图5所示，恒比定时电路包括第一延迟组件、第二延迟组件、衰减组件、放大组件、阈值组件、比较器A1、比较器A2和与门组件，第一延迟组件分别与第二延迟组件和衰减组件连接，第二延迟组件和衰减组件分别与比较器A1连接，放大组件和阈值组件分别与比较器A2连接，比较器A1和比较器A2分别与与门组件连接。

其中，自动增益放大电路输出的放大信号S00通过第一延迟组件进行第一次延迟后分为两路信号，一路信号通过衰减组件进行衰减后得到衰减信号S03，并向比较器A1输出，另一路信号通过第二延迟组件进行第二次延迟后得到二次延迟信号S04，并向比较器A1输出，比较器A1将衰减信号S03和二次延迟信号S04进行恒比定时比较后得到准确的前沿时刻信号S07，并向与门组件输出；自动增益放大电路输出的放大信号S00再通过放大组件进行放大处理后得到二次放大信号S05，向比较器A2输出，预设阈值可以通过阈值组件设置，阈值组件向比较器A2输出阈值信号S06，比较器A2将二次放大信号S05和阈值信号S06进行比较后得到比较信号S08，并向与门组件输出；与门组件将前沿时刻信号S07和比较信号S08相与后得到带有高精度时间的前沿时间数据信号S09，采用该方式可以降低脉冲幅度对时刻判别精度的影响，大幅度减少电路和杂散噪声干扰；衰减信号S03、二次延迟信号S04、二次放大信号S05、阈值信号S06、前沿时刻信号S07、比较信号S08和前沿时间数据信号S09的输出波形示意图如图6所示，而图6中的“前沿抖动”是指比较器自身引起的前沿抖动；比较器A1和比较器A2的型号可以为MAX40025或MAX40026，第一延迟组件、第二延迟组件、衰减组件、放大组件、阈值组件和与门组件可以分别选用现有的延迟电路、衰减电路、放大电路、阈值电路和与门电路，也可以选用相应的集成电路器件或数字电路，如数字延迟电路、衰减器、放大器等，只需具有上述功能即可。

在一些实施例中，信号处理电路根据宽脉冲信号中的脉冲峰值幅度，阶梯式实时调节自动增益放大电路的放大增益。

在一些实施例中，信号处理电路通过内部具有延迟链的FPGA对激光器进行时序控制，且使测距时间间隔为：从激光器发射激光脉冲时刻到恒比定时电路输出信号前沿固定比例时刻的时间间隔。

综上所述，本发明的原理如下：

光电转换电路采用光电雪崩管对激光器发射的激光脉冲在目标物体表面漫反射返回的激光回波脉冲进行光电转换，输出带有时间和灰度信息的电脉冲信号。为实现远距离测距，提升激光脉冲峰值功率，激光脉冲宽度一般为几个ns，通过自动增益放大电路根据脉冲峰值幅度，阶梯式实时调节放大增益（增益控制电压），将放大信号控制在合理的幅值范围内，高斯脉冲展宽电路在不改变脉冲幅度（灰度信息）的前提下将放大信号脉宽展宽至100ns以上，后级通过AD采样提取脉冲峰值信息，自动调节放大增益。恒比定时电路通过将放大信号分别延时和衰减进行恒比定时比较，降低脉冲幅度对时刻判别的影响，当信号输入范围在10mV到1V时，比较器延迟≤25ps。信号处理电路通过FPGA+AD采样实现高精度测距、灰度提取功能。

综上，公开了本发明的多个具体实施例，在不自相矛盾的情况下，各个实施例可以自由组合形成新的实施例，也即属于替换方案的实施例之间可以自由替换，但不能相互组合；不属于替换方案的实施例之间可以相互组合，这些新的实施例也属于本发明的实质性内容。

以上实施例描述了本发明的多个具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，在不背离本发明原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种脉冲测距中自动增益控制的信号处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

S101.通过信号处理电路中的FPGA调节激光器发射激光脉冲的脉冲宽度及峰值功率，并向激光器输出触发脉冲信号，使激光器产生相同频率的激光脉冲信号；

S102.通过光电转换电路将所述激光脉冲信号经目标物体表面漫反射返回的激光回波脉冲信号转化为电脉冲信号；

S103.通过自动增益放大电路对所述电脉冲信号进行放大处理后得到放大信号；

S104.通过高斯脉冲展宽电路对所述放大信号进行波形展宽后得到宽脉冲信号；

S105.通过恒比定时电路对所述放大信号进行时间前沿提取后得到时间前沿数据；

S106.根据所述宽脉冲信号峰值，通过信号处理电路调节所述自动增益放大电路的增益控制电压、所述光电转换电路的工作电压和所述激光器发射激光脉冲的脉冲宽度和峰值功率。

2.根据权利要求1所述的脉冲测距中自动增益控制的信号处理方法，其特征在于，所述光电转换电路采用带跨阻的光电雪崩管对地物漫反射返回的激光回波脉冲信号进行光电转换，直接输出带有时间和灰度信息的电脉冲信号。

3.根据权利要求1所述的脉冲测距中自动增益控制的信号处理方法，其特征在于，所述自动增益放大电路采用具有高带宽增益的放大芯片。

4.根据权利要求1所述的脉冲测距中自动增益控制的信号处理方法，其特征在于，所述高斯脉冲展宽电路采用低通滤波及放大补偿的方式，将所述放大信号进行波形展宽，以将10ns及10ns以下的信号展宽至100ns及100ns以上，且|输出峰值-输入峰值|/输入峰值≤10%。

5.根据权利要求1所述的脉冲测距中自动增益控制的信号处理方法，其特征在于，所述恒比定时电路对所述放大信号分别进行延迟和衰减后，进行恒比定时比较，以提取时间前沿数据。

6.根据权利要求5所述的脉冲测距中自动增益控制的信号处理方法，其特征在于，所述恒比定时电路还通过噪声门控电路将所述放大信号与预设阈值相比较得到门信号。

7.根据权利要求6所述的脉冲测距中自动增益控制的信号处理方法，其特征在于，所述恒比定时电路采用同轴线延迟的方式对所述放大信号进行延迟，以保证所述门信号能够捕获时间前沿数据。

8.根据权利要求1所述的脉冲测距中自动增益控制的信号处理方法，其特征在于，所述信号处理电路根据所述宽脉冲信号中的脉冲峰值幅度，阶梯式实时调节所述自动增益放大电路的放大增益。

9.根据权利要求1所述的脉冲测距中自动增益控制的信号处理方法，其特征在于，所述信号处理电路通过内部具有延迟链的FPGA对激光器进行时序控制，且使测距时间间隔为：从激光器发射激光脉冲时刻到所述恒比定时电路输出信号前沿固定比例时刻的时间间隔。

10.一种脉冲测距中自动增益控制的信号处理电路，其特征在于，用于执行权利要求1～9中任一项所述的脉冲测距中自动增益控制的信号处理方法；

所述脉冲测距中自动增益控制的信号处理电路包括：

光电转换电路，用于将激光回波脉冲信号转化为电脉冲信号；

自动增益放大电路，用于将所述电脉冲信号进行放大处理后得到放大信号；

高斯脉冲展宽电路，用于将所述放大信号进行波形展宽后得到宽脉冲信号；

恒比定时电路，用于将所述放大信号进行时间前沿提取后得到时间前沿数据；

信号处理电路，用于根据所述宽脉冲信号峰值调节所述自动增益放大电路的增益控制电压、所述光电转换电路的工作电压和所述激光器发射激光脉冲的脉冲宽度和峰值功率。

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