CN219456506U - 激光雷达系统及其接收装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种激光雷达系统及其接收装置，所述接收装置，包括光电传感器、分别与所述光电传感器连接的可变增益放大电路和偏置电压产生电路、与所述偏置电压产生电路连接的数模转换电路以及分别连接所述可变增益放大电路和所述数模转换电路的控制电路，其中，所述偏置电压产生电路根据数模转换电路的输出向所述光电传感器输出对应大小的偏置电压，所述数模转换电路根据所述控制电路输出的数字偏压信号输出对应大小的模拟偏压信号，所述光电传感器的偏置电压和所述可变增益放大电路的增益系数均受控于所述控制电路。因此，所述激光雷达系统及其接收装置在满足远离探测的性能需求的同时，还可有效的降低近距离探测盲区的宽度。

Description

激光雷达系统及其接收装置

技术领域

本申请涉及光电检测技术领域，尤其涉及一种激光雷达发射系统及其接收装置。

背景技术

激光雷达系统常用于目标物体的距离探测，其探测距离的过程为：激光雷达系统中的激光发射装置发射出激光后，经由激光雷达系统的扫描装置对激光的照射角度进行偏转，被偏转的激光照射至目标物体，由目标物体反射出回波光信号，再由接收装置接收该回波光信号，并将所述回波光信号转换成回波电信号，然后再根据回波电信号的大小输出对应大小的距离信号。显然，作为激光雷达系统关键构成部分的接收装置的性能，对激光雷达系统的距离探测性能至关重要。

在现有的激光雷达系统中，一般采用固定增益的接收装置，然而激光雷达系统的远距离探测要求接收装置的增益较大，而较大增益的接收装置又会导致近距离回波识别不出而导致近距离探测盲区。因此，现有的接收装置，使得的激光雷达系统无法兼顾远距离探测和解决近距离探测盲区的问题。

实用新型内容

为解决存在上述存在的问题，本申请提供了一种既能实现远距离探测又能解决近距离探测盲区的激光雷达系统及其接收装置。

一种激光雷达系统的接收装置，包括光电传感器、可变增益放大电路、偏置电压产生电路、数模转换电路以及控制电路；

所述光电传感器的输出端与所述可变增益放大电路的输入端连接，所述光电传感器的偏压端与所述偏置电压产生电路的输出端连接，所述光电传感器用于接收被目标物体反射回的回波光信号，并将所述回波光信号转换成回波电信号输出至所述可变增益放大电路；

所述可变增益放大电路的输出端与所述控制电路回波输入端的连接，所述可变增益放大电路的增益受控端与所述控制电路的增益控制输出端连接，所述可变增益放大电路用于将所述回波电信号进行放大，并将放大回波电信号输出至所述控制电路；

所述偏置电压产生电路的输入端与所述数模转换电路的输出端连接，所述偏置电压产生电路用于将所述数模转换电路输出的模拟偏压信号转换成使所述光电传感器反向偏置的偏置电压输出至所述光电传感器；

所述数模转换电路的输入端与所述控制电路的偏压控制输出端连接，所述数模转换电路用于将所述控制电路输出的数字偏压信号转换为模拟偏压信号输出至所述偏置电压产生电路；

所述控制电路的距离输出端用于输出与所述放大回波电信号对应的距离信号。

在一些实施例中，可变增益放大电路包括运算放大器和可变电阻器；

所述运算放大器的第一输入端为所述可变增益放大电路的输入端，所述运算放大器的第二输入端与参考地端连接，所述运算放大器的输出端为所述可变增益放大电路的输出端；

所述可变电阻器连接在所述运算放大器的第一输入端和所述运算放大器的输出端之间，所述可变电阻器的电阻受控端为所述可变增益放大电路的增益受控端。

在一些实施例中，所述可变电阻器包括多个并联在所述运算放大器的第一输入端和所述运算放大器的输出端之间的电阻支路；

每一个所述电阻支路包括开关和与所述开关串联连接电阻，各个所述开关的开关受控端为所述可变电阻器的电阻受控端，各个所述开关的打开或关闭受控于所述控制电路。

在一些实施例中，所述数模转换电路为数字电位器。

在一些实施例中，所述的接收装置还包括与所述控制电路的温度输入端连接的温度传感器；

所述温度传感器用于感测所述光电传感器的温度，并向所述控制电路输出对应的温度信号；

其中，所述控制电路的偏压控制输出端输出的所述数字偏压信号的大小与所述控制电路的温度输入端输入的所述温度信号的大小相对应。

在一些实施例中，所述控制电路包括控制器和计时器；

所述控制器具有所述回波输入端、所述增益控制输出端、所述偏压控制输出端、所述距离输出端、计时输入端以及发射控制输出端，所述计时输入端与所述计时器的输出端连接，所述发射控制输出端与激光发射装置连接；所述计时器的计时使能端与所述激光发射控制端连接，，所述计时器在所述发射控制输出端发出用于控制所述激光发射装置发出激光的发射控制信号时开始计时，并向所述控制器输出相应的计时信号；

其中，所述偏压控制输出端输出的所述数字偏压信号大小以及所述增益控制输出端输出的增益控制信号大小均与所述计时输入端输入的所述计时信号大小相对应。

在一些实施例中，所述的接收装置还包括连接在所述光电传感器的输出端和所述可变增益放大电路的输入端之间的微分电路。

在一些实施例中，所述的接收装置还包括连接在所述可变增益放大电路的输出端和所述控制电路的所述回波输入端之间的模数转换电路；

所述模数转换电路用于将所述放大回波电信号转换成数字回波信号输出至所述控制电路。

一种激光雷达系统，包括激光发射装置、扫描装置和如上述任意一项所述的接收装置；

所述激光发射装置用于发射激光；

所述扫描装置用于将所述激光发射装置发射出的激光偏转后扫描至目标物体，扫描至所述目标物体的所述激光所述目标物体反射后形成所述回波光信号。

在一些实施例中，所述的激光雷达系统还包括与所述接收装置中的所述控制电路连接的显示装置，所述显示装置用于显示所述距离信号的信息；和/或，

所述发射装置包括与所述接收装置中的所述控制电路连接的激光驱动器、与所述激光驱动器连接的激光器以及发射光学系统，所述激光驱动器用于向所述激光器输出发射驱动信号，所述激光器在所述发射驱动信号的驱动下发射激光，并经由所述发射光学系统将所述激光发射至所述扫描装置；和/或，

所述扫描装置包括与所述接收装置中的所述控制电路连接的振镜驱动回路、与所述振镜驱动回路连接的振镜以及反馈电路，所述振镜驱动回路用于向所述振镜输出振镜偏转驱动信号，所述振镜在所述振镜驱动信号的驱动下进行相应的偏转，以将所述激光发射装置发出的所述激光偏转后扫描至所述目标物体，所述反馈电路与所述接收装置中的所述控制电路连接，用于向所述控制电路输出所述振镜的偏转角度反馈信号。

由上可见，本申请提供的接收装置，包括光电传感器、分别与所述光电传感器连接的可变增益放大电路和偏置电压产生电路、与所述偏置电压产生电路连接的数模转换电路以及分别连接所述可变增益放大电路和所述数模转换电路的控制电路，其中，所述偏置电压产生电路根据数模转换电路的输出向所述光电传感器输出对应大小的偏置电压，所述数模转换电路根据所述控制电路输出的数字偏压信号输出对应大小的模拟偏压信号，所述光电传感器的偏置电压和所述可变增益放大电路的增益系数均受控于所述控制电路。因此，所述接收装置及应用其的激光雷达系统在满足远离探测的性能需求的同时，还可有效的降低近距离探测盲区的宽度。

附图说明

图1为依据本申请第一实施例提供的接收装置结构示意图；

图2为依据本申请第二实施例提供的接收装置中可变增益放大电路的结构示意图；

图3为依据本申请第三实施例提供的接收装置中可变增益放大电路的可变电阻器结构示意图；

图4为依据本申请第四实施例提供的接收装置中可变增益放大电路的结构示意图；

图5为依据本申请第五实施例提供的接收装置结构示意图；

图6为依据本申请第六实施例提供的接收装置结构示意图；

图7为未增加微分电路的接收装置工作波形示意图；

图8为增加了微分电路的接收装置工作波形示意图；

图9为依据本申请第七实施例提供的激光雷达系统的结构示意图。

附图标记为：

1-激光发射装置、2-扫描装置、3-接收装置、4-目标物体、5-显示装置、11-激光器、12-激光驱动器、13-发射光学系统、21-振镜、22-振镜驱动器、221-振镜驱动回路、222-反馈电路、31-光电传感器、32-可变增益放大电路、33-偏置电压产生电路、34-数模转换电路、35-控制电路、36-温度传感器、37-微分电路、38-模数转换电路、321-运算放大器、322-可变电阻器、3211至322n-电阻支路、351-控制器、352-计时器、51-上位机、Q11-开关、Q12-开关、Qn1-开关、Qn2-开关、R1-电阻、Rn2-电阻、A-光电传感器的偏压端、B-光电传感器的输出端、C-可变增益放大电路的输入端、D-可变增益放大电路的增益受控端、E-可变增益放大电路的输出端、I-偏置电压产生电路的输入端、J-偏置电压产生电路的输出端、G-数模转换电路的输入端、H-数模转换电路的输出端、L-控制电路的回波输入端、K-控制电路的增益控制输出端、F-控制电路的偏压控制输出端、M-控制电路的距离输出端、Q-控制电路的发射控制输出端、V-控制电路的扫描控制输出端、U-控制器的计时输出端、T-计时器的计时使能端、R计时器的计时输出端、S-控制器的计时输入端。

具体实施方式

以下结合说明书附图及具体实施例对本申请技术方案做进一步的详细阐述。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请的实现方式。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，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。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申请中的具体含义。

为了实现远距离探测，激光雷达系统中的接收装置需要保证足够大的增益，同时较大的增益会导致杂散光饱和从而导致近距离的回波识别不出，针对这两面的矛盾点，本申请实施例提供了一种双增益可调的接收装置以及包含该接收装置的激光雷达系统。下面将结合图1至图9对本申请各个实施例提供的接收装置和激光雷达系统做进一步详细介绍。

请参阅图1所示，其为依据本申请第一实施例提供的接收装置结构示意图。第一实施例提供的接收装置3包括光电传感器31、可变增益放大电路32、偏置电压产生电路33、数模转换电路34以及控制电路35。

光电传感器31的输出端B与可变增益放大电路32的输入端C连接，光电传感器31的偏压端A与偏置电压产生电路33的输出端J连接，光电传感器31用于接收被目标物体4反射回的回波光信号，并将回波光信号转换成回波电信号输出至可变增益放大电路32。

其中，光电传感器31可以具体为APD(_Avalanche Photo Diode，雪崩光电二极管)、SPAD(Single Photon Avalanche Diode，单光子雪崩光电二极管)或SIPM(SiliconPhotomultiplier，硅光电倍增管)。以APD作为光电传感器器31的优点在于受环境光影响较小，工艺成熟，并且供应链稳定，并且在强光下有较好的表现，可以通过后级的放大电路弥补APD倍增因子小的缺陷。以SIPM作为光电传感器31的优点在于倍增因子更大，有更好的接收灵敏度，并且反偏电压不高，受温度影响较小。在一些实施例中，本申请实施例提供的接收装置3还进一步包括接收光学系统(图1中未示意出)，接收光学系统用于将目标物体4反射回的回波光信号聚集并照射至光电传感器31的感光面，以被光电传感器31接收，并进行光电转换后经由光电传感器31的输出端B输出回波电信号至后级的可变增益放大电路32。光电传感器31的偏压端A为光电传感器用于接收偏置电压的一端，光电传感器31在接收偏置电压后而进入反向偏置状态，处于反向偏置状态的光电传感器31将接收的回波光信号转换成回波电信号输出。

可变增益放大电路32的输出端E与控制电路35回波输入端L的连接，可变增益放大电路32的增益受控端D与控制电路35的增益控制输出端K连接，可变增益放大电路32用于将回波电信号进行放大，并将放大回波电信号输出至控制电路35。

其中，可变增益放大电路32是指增益系数(放大倍数)在接收装置3工作过程中受控于控制电路35的放大电路。控制电路35通过向增益受控端D输入增益控制信号，可变增益放大电路32在该增益控制信号的控制下，具有与增益控制信号对应的增益系数，以对回波电信号进行相应的放大。增益控制信号可以为一个或多个数字方波信号，增益控制信号在每一个周期的值对应一个增益系数。例如，增益控制信号包括两个数字方波信号，在增益控制信号值为01(0为第一个数字方波信号的值，1为第二个数字方波信号的值)时，可变增益放大电路32对应的增益系数为A1，在增益控制信号值为10(1为第一个数字方波信号的值，0为第二个数字方波信号的值)时，可变增益放大电路32对应的增益系数为A2。具体的，控制电路35可以通过可变增益放大电路32中的开关的打开和关闭状态，来控制可变增益放大电路32的第一输入端C和输出端E之间的电阻值，从而使得可变增益放大电路32具有相应的增益系数，即可变增益放大电路的增益受控端为开关的开关受控端。在接收装置3用于近距离的回波光信号时，控制电路35控制可变增益放大电路32的增益减小，可变增益放大电路32的放大倍数较小，从而不会导致回波光信号中的杂散光饱和，因而可精准的探测出近距离的回波光信号，有效的降低了近距离探测盲区的宽度接收装置中的光电传感器无法探测到的近距离范围)。在接收装置3用于远距离的回波光信号时，控制电路35控制可变增益放大电路32的增益增大，可变增益放大电路32的放大倍数较大，从而可以较大的放大回波电信号，有利于实现远距离的探测。控制电路35可以根据激光发射装置发射出激光时刻作为可变增益放大电路32的增益调节起始时刻，此后，随着的时间增加而相应的控制可变增益放大电路32的增益系数的增加。其中，这里的随着的时间增加而相应的控制可变增益放大电路32的增益系数的增加方式可以为阶段式的增加，激光发射装置发射激光后的不同时间段，可变增益放大电路32的增益系数具有不同的值。此外，这里的随着的时间增加而相应的控制可变增益放大电路32的增益系数的增加方式也可以为连续式增加，即在激光发射装置发射激光后，增益系数随时间增加而增加。

偏置电压产生电路33的输入端I与数模转换电路34的输出端H连接，偏置电压产生电路33用于将数模转换电路34输出的模拟偏压信号转换成使光电传感器31反向偏置的偏置电压输出至光电传感器31。

其中，偏置电压产生电路33可以为直流-直流电压转换电路，其用于将输入的直流电压转换成另一直流电压输出。偏置电压产生电路33输出的偏置电压越大，光电传感器31的灵敏度越高，即光电传感器31对应的增益越大。因此，可以通过增加偏置电压，使接收光电传感器31可以探测到更远距离对应的回波光信号，并将其转换成相应的回波电信号，有利于实现远距离探测。偏置电压产生电路33输出的偏置电压越小，光电传感器31的灵敏度越低，即光电传感器31对应的增益越小。因此，可通过降低偏置电压的大小，来降低接收装置的探测盲区宽度。

数模转换电路34的输入端G与控制电路35的偏压控制输出端F连接，数模转换电路34用于将控制电路35输出的数字偏压信号转换为模拟偏压信号输出至偏置电压产生电路33。

控制电路35输出的数字偏压信号越大，对应的模拟偏压信号也越大，模拟偏压信号即为偏置电压产生电路33输入的直流电压。模拟偏压信号越大，则偏置电压产生电路33输出的偏置电压也越大，则光电传感器31对应的灵敏度也越大，反之亦然。因此，控制电路35可以通过输出不同大小的数字偏压信号，来使光电传感器31具有不同的偏置电压，进而具有不同的灵敏度。控制电路35可以根据激光发射装置发射出激光时刻作为数字偏压信号调节起始时刻，此后，随着的时间增加而相应的控制数字偏压信号的大小增加，控制电路35输出的数字偏压信号在激光发射装置发射激光后，随着时间的增加而增加。其中，这里的随时间增加而增加的方式可以为阶段式的增加，激光发射装置发射激光后的不同时间段，数字偏压信号具有不同的值，且数字偏压信号随时间增加而增加。此外，这里的随时间增加而增加的方式也可以为连续式增加，即在激光发射装置发射激光后，数字偏压信号随时间增加而增加。

控制电路35的距离输出端M用于输出与放大回波电信号对应的距离信号。

控制电路35用于根据接收的放大回波电信号输出对应大小的距离信号，即一个放大回波信号的值对应一个距离信号的值。例如，控制电路接收的放大回波信号的值为B1时，输出端M输出的距离信号的值为C1，控制电路接收的放大回波信号的值为B2时，输出端M输出的距离信号的值为C2。距离信号的值与回波信号的值为一一映射的关系。距离信号表征目标物体4到包含接收装置3的激光雷达系统的距离。在一些实施例中，控制电路35为基于FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)的控制电路，例如控制电路35具体可以通过型号为XC7S25-2CSGA2251的FPGA控制器实现，即控制电路35具体为XC7S25-2CSGA2251芯片。

由上可见，本申请实施例提供的接收装置，包括光电传感器31、分别与光电传感器31连接的可变增益放大电路32和偏置电压产生电路33、与偏置电压产生电路连接的数模转换电路34以及分别连接可变增益放大电路32和数模转换电路34的控制电路35，其中，偏置电压产生电路33根据数模转换电路34的输出向光电传感器31输出对应大小的偏置电压，数模转换电路34根据控制电路35输出的数字偏压信号输出对应大小的模拟偏压信号，光电传感器31的偏置电压和可变增益放大电路32的增益系数均受控于控制电路35。因此，本申请实施例提供的接收装置，既能实现更远距离的回波探测，又能识别近距离的回波。应用本申请实施例提供的激光雷达系统在满足远离探测的性能需求的同时，还可有效的降低近距离探测盲区的宽度。

请参阅图2所示，其为依据本申请第二实施例提供的接收装置中可变增益放大电路的结构示意图。第二实施例提供了第一实施例中的可变增益放大电路32的一种具体实现电路，即在第二实施例中，第一实施例中的可变增益放大电路32进一步包括运算放大器321和可变电阻器322。运算放大器321的第一输入端为可变增益放大电路的输入端C，运算放大器321的第二输入端N与参考地端连接，运算放大器321的输出端为可变增益放大电路的输出端E。可变电阻器322连接在运算放大器321的第一输入端和运算放大器321的输出端E之间，可变电阻器322的电阻受控端为可变增益放大电路32的增益受控端D。

请参阅图3所示，其为依据本申请第三实施例提供的接收装置中可变增益放大电路的可变电阻器结构示意图。第三实施例提供了一种第二实施例中可变电阻器322的具体构成电路，即在第三实施例中，可变电阻器322包括多个并联在运算放大器321的第一输入端C和运算放大器321的输出端E之间的电阻支路3221至322n，其中，n为大于或等于2的整数。每一个电阻支路包括开关和与开关串联连接电阻，各个开关的开关受控端为可变电阻器的电阻受控端，各个开关的打开或关闭受控于控制电路。例如n个并联的电阻支路中的第1个电阻支路为3221，第n个电阻支路为322n。电阻支路3221中的开关包括开关Q11和开关Q12，电阻支路3221中的电阻为R1。开关Q11、Q12以及电阻R串联形成电阻支路3221。电阻支路322n中的开关包括开关Qn1和开关Qn2，电阻支路322n中的电阻为Rn。开关Qn1、Qn2以及电阻Rn串联形成电阻支路322n。各个电阻支路中开关的开关控制端为可变增益放大电路32的增益受控端，也即可变电阻器322的电阻受控端。可变电阻器322中的包括多个开关，则可变增益放大电路32就包括多少个增益受控端，控制电路35输出的增益控制信号就包括多少个数字方波信号，各个数字方波信号用于控制各个开关的打开和关闭，从而控制可变增益放大电路32的输入端C和输出端E之间具有对应的电阻值，即可变增益放大电路32具有对应的增益系数。在其它实施例中，各个电阻支路中的开关也可以仅为一个或其它任意个数，且各个开关可以为晶体管，如金属场效应氧化物半导体晶体管。

请参阅图4所示，其为依据本申请第四施例提供的接收装置中可变增益放大电路的结构示意图。在第四实施例中，可变增益放大电路32包括运算放大器321和可变电阻器322，其中可变电阻器322包括开关1、开关2、高增益电阻以及低增益电阻，其中开关1的第一端a与运算放大器321的第一输入端连接，第二端b与高增益电阻的第一端连接，第三端c与第增益电阻的第一端连接。开关2的第一端d与运算放大器321的输出端E连接，第二端e与高增益电阻的第二端连接，第三端f与低增益电阻的第二端连接。开关1和开关2的开关控制端构成可变增益放大电路32的增益受控端D(图4中未示意出)，即在第四实施例中。在接收装置3对应的激光发射装置发出激光后的第一时间段内，控制电路35控制开关1的第一端a与第三端c电连接、开关2的第一端d与第三端f电连接、开关1的第一端a与第二端b电断开以及开关2的第一端d与第二端e电断开连接，则运算放大器321的第一输入端和输出端E之间的电阻值为低增益电阻对应的值。因此，可变增益放大电路32在第一时间段内具有较低的增益值。在接收装置3对应的激光发射装置发出激光后的第二时间段内，控制电路35控制开关1的第一端a与第三端c电断接、开关2的第一端d与第三端f电断接、开关1的第一端a与第二端b电连接以及开关2的第一端d与第二端e电连接，则运算放大器321的第一输入端和输出端E之间的电阻值为高增益电阻对应的值。因此，可变增益放大电路32在第二时间段内具有较高的增益值，其中第二时间段为发生在第一时间段之后的一个时间段。低增益电阻是指电阻值为第一预设范围的电阻，高增电阻是指电阻值为第二预设范围的电阻，其中，第二预设范围中的任意一个值均大于第一预设范围中的任意一个值。这里需要说明的是，在依据本申请各个实施例提供的接收装置3中，仅仅描述看控制电路31的增益控制输出端与可变增益放大电路32中的开关受控端连接，实际上由于控制电路31输出的增益控制信号为数字信号，而可变增益放大电路32中的各个开关为模拟开关，则在控制电路35的增益控制输出端K与对应的开关的开关受控端之间还具有对应的开关驱动电路，以将增益控制信号转换成模拟的开关驱动电压输入至开关的开关受控端。如开关为晶体管时，开关受控端为栅极或基极。控制电路35的增益控制输出端K输出的增益控制信号通过控制可变增益放大电路32中的开关的打开或关闭，以条件增益放大电路的输入端与输出端之间的电阻值，从而调节可变增益放大电路32的增益系数。

请参阅图5所示，其为依据本申请第五实施例提供的接收装置的结构示意图。第五实施例在第一实施例的基础上，进一步提供的数模转换电路34的一种具体实现方式。在第五实施例中，数模转换电路34具体为数字电位器。采用数字电位器将数字偏压信号转换成模拟偏压信号，电路实现简单且可靠性较高。在其它实施例中，数模转换电路34也可以为数模转换器(DAC，Digital to Analog Converter)。

请继续参阅图5所示，在第五实施例中，接收装置3还进一步包括与控制电路35连接的温度传感器36。温度传感器紧靠这光电传感器31设置，用于感测光电传感器31的温度，并向控制电路35的输出对应的温度信号。控制电路35在第一实施例的基础上还进一步包括接收该温度信号的温度输入端P，该温度输入端P与温度传感器的输出端O连接。控制电路35在接收温度信号后，根据温度信号的大小，经由偏压控制端F输出对应的数字偏压信号，即控制电路35的偏压控制输出端F输出的数字偏压信号的大小与控制电路的温度输入端P输入的温度信号的大小相对应。例如，在温度信号的值为E1时，对应的数字偏压信号的值为F1，在温度信号的值为E2时，对应的数字偏压信号的值为F2，即数字偏压信号与温度信号成映射关系。

请继续参阅图5所示，进一步的，在第五实施例中，偏置电压产生电路33可以为升压变换电路，其用于将输入的直流电压升压后输出至光电传感器31的偏压端A。在第五实施例中，光电传感器31的偏置电压的调整方法为：根据温度传感器36感测当前光电传感器31的温度，并将对应的温度信号发送至控制电路35的温度输入端P。控制电路35在接收温度信号后，经由偏压控制输出端F向数字电位器34的输入端G发送与温度信号对应的数字偏压信号，再由数字电位器34的输出端向升压变换电路33的输入端I发送对应的模拟偏压信号，以由升压变换电路33将模拟偏压信号转换成对应的偏置电压提供给光电传感器31。在第五实施例中，控制电路35根据温度传感器37输出的温度信号控制升压变换电路33的输出，使得升压变换电路33的输出随温度信号的增大而增大。由于数字电位器34控制升压转换电路33输出偏置电压需要一定的时间，控制电路35在其发射控制输出端Q输出用于控制激光发射装置发射激光的发射控制信号之前，经由偏压控制输出端F输出对应的数字偏压信号，以确保升压转换电路33能为光电传感器31提供远距离探测所需的偏置电压。在一些实施例中，升压变换电路包括Boost升压芯片，该Boost升压电路的输出电压和温度传感器36输出的温度信号成正相关关系。

第五实施例提供的接收装置3，可以调节近距离探测和远距离探测的增益，使得接收装置的增益(包括光电传感器31的偏置电压和可变增益放大电路32的增益系数)和应用接收装置3的激光雷达系统的探测距离成正相关关系，即第五实施例中的接收装置，为光电传感器31的和后端的可变增益放大电路的增益均可调的双增益可调接收装置。光电传感器31接收到回波光信号之后，根据应用接收装置3的激光雷达系统所需的探测距离调整接收装置的增益，其中使得，光电传感器31的偏置电压以及可变增益放大电路2的增益系数均与探测距离成征相关关系，从而可以保证近距离内回波光信号和杂散光信号不会发生叠加饱和，从而实现回波的可探测，对于远距离而言，光电传感器31的偏置电压越高，其增益越大，则在信噪比可行的情况下，光电传感器31可以探测到最远的距离，从而实现了近距离、远距离、强光和弱光下的精准探测。

光电传感器的增益可调一方面可以对解决近距离的探测盲区和实现最远距离探测的矛盾问题，另一方面,光电传感器31对强光非常敏感，如果光电传感器31在远近距离采用一样的偏压，那么在整个距离下强光下底噪就会很高，会导致整个测试过程中回波识别的难度和算法的复杂度，采用不同距离下光电传感器的偏置电压不一样，可以优化多脉冲时间间隔和幅度间隔判决错误的概率，提高在强光下探测最远距离。

请继续参阅图5所示，第五实施例在第一实施例的基础上，还进一步提供了控制电路35的一种可选的实现方式。在第五实施例中，控制电路35包括控制器351和计时器352。

控制器351具有回波输入端L、增益控制输出端K、偏压控制输出端F、距离输出端M、计时输入端S以及发射控制输出端Q，还进一步包括扫描控制输出端V，用于输出扫描控制信号。扫描控制信号用于控制接收装置3对应的激光雷达系统中扫描装置进行相应的偏转。计时输入端S与计时器352的输出端连接，发射控制输出端Q与激光发射装置连接。计时器352的计时使能端T与发射控制输出端Q连接。具体的，计时使能端T通过控制器内部的逻辑电路与发射控制输出端Q连接，该逻辑电路的一端与发射控制输出端Q连接，另一端与控制器351的计时触发输出端U连接，该计时触发输出端与计时器352的计时使能端T连接。发射控制输出端Q输出发射控制信号时，逻辑电路经由计时触发输出端U向计时器352的计时使能端输出相应的使能信号，使得计时器352开始计时。即计时器352在发射控制输出端Q发出用于控制激光发射装置发出激光的发射控制信号时开始计时，并向控制器输出相应的计时信号。其中，偏压控制输出端F输出的数字偏压信号大小以及增益控制输出端K输出的增益控制信号大小均与计时输入端S输入的计时信号大小相对应。

请参阅图6所示，其为依据本申请第六实施例提供的接收装置结构示意图。第六实施例提供的接收装置3在第一实施例提供的接收装置3的基础上，还进一步包括连接在光电传感器31的输出端B和可变增益放大电路32的输入端C之间的微分电路31。具体的，微分电路37的输入端W与光电传感器31的输出端B连接，微分电路37的输出端X与可变增益放大电路32的输入端C连接在一些实施例中，微分电路37可以为连接在光电传感器31的输出端B和可变增益放大电路32的输入端C之间的电容。

在第六实施例中，通过微分电路37对光电传感器31输出的回波电信号进行微分，只取回波电信号的上升和下降沿，这样可以大幅降低杂散光的宽度，缩小近距离探测盲区的宽度。第六实施例通过微分电路降低近距离探测盲区的宽度，实现成本低，电路结构简单。为了进一步说明第六实施例中增加微分电路可以有效的缩小近距离探测盲区的宽度，请参阅图7和图8，其中，图7为未增加微分电路的接收装置工作波形示意图，图8为增加了微分电路的接收装置工作波形示意图。在未增加微分电路37的接收装置3中，近距离探测时，光电传感器31接收的回波光信号中的杂散光和回波光信号具有相当的强度，依次经过光电传感器31和可变增益放大电路32将回波光信号放大后，也会对杂散光进行放大，使得回波光信号和杂散光信号叠加饱和，从而无法分辨出对应的回波光信号，造成了近距离探测盲区较宽的问题。在增加了微分电路37的接收装置3中，近距离探测时，微分电路37仅对光电传感器31输出的信号进行上升沿(和/或下降沿)的采样，则在经由可变增益放大电路32放大后的放大回波电信号中，可以分辨得出散射光对应的部分和真正被目标物体4反射的回波部分，从而可以实现较近距离的探测，有效的降低了近具体探测盲区的宽度。

请继续参阅图6所示，在第六实施例中，接收装置3还进一步的包括连接在可变增益放大电路32的输出端E和控制电路35的回波输入端L之间的模数转换电路38。具体的，模数转换电路38的输入端Y与可变增益放大电路32的输出端E连接，模数转换电路38的输出端与控制电路35的回波输入端L连接，其中，模数转换电路38用于将放大回波电信号转换成数字回波信号输出至控制电路35。在一些实施例中，模数转换电路38可以为模/数转换器(ADC，Analog to Digital Converter))或时间数字转换器(TDC，Time to DigitalConvert)。

请参阅图9所示，其为依据本申请第七实施例中提供的激光雷达系统的结构示意图。在第七实施例中提供的激光雷达系统包括激光发射装置1、扫描装置2和依据本申请任意一实施例中提供的接收装置3。其中，激光发射装置1用于发射激光；扫描装置2用于将激光发射装置1发射出的激光偏转后扫描至目标物体4，扫描至目标物体4的激光被目标物体反射后形成回波光信号，该回波光信号被接收装置3接收后转换成对应的回波电信号，并进一步对该回波电信号进行对应处理，获得对应的距离信号输出。激光发射装置1与接收装置3中控制电路35(图9中未示意出)的发射控制输出端Q连接，扫描装置2与接收装置中控制电路35的扫描控制输出端V连接。

第七实施例提供的激光雷达系统获得的技术效果与依据本申请实施例提供的接收装置获得的技术效果相同，在此不再累述。

请继续参阅图9所示，进一步的，第七实施例提供的激光雷达系统还包括与接收装置3中的控制电路35连接的显示装置5，显示装置5用于显示距离信号的信息。在一些实施例中，显示装置5包括上位机51，上位机51用于显示距离信号，也即执行点云显示，以显示激光雷达系统的获得点云数据。

请继续参阅图9所示，在第七实施例中，激光发射装置1进一步包括与接收装置3中控制电路35的发射控制输出端Q连接的激光驱动器12、与激光驱动器12连接的激光器11以及发射光学系统13，激光驱动器12用于向激光器11输出发射驱动信号，激光器11在发射驱动信号的驱动下发射激光，并经由发射光学系统13将激光发射至扫描装置。激光驱动器路12用于驱动激光器11发射出脉冲激光，发射光学系统13用于将激光发射器11发出的脉冲激光转换成对应的激光发射出去。在一些实施例中，发射光学系统13包括准直光学系统，如准直器，其用于将激光发射器11发射的脉冲激光转换成准直激光束发射出去。在第七实施例提供的激光雷达系统中，激光发射装置1的作用是发出需要频率和能量的激光器，一般采用脉冲式激光发射器,其脉宽为ns级别其能量影响最远探测距离，频率决定了角分辨率。

请继续参阅图9所示，在第七实施例中，扫描装置2包括与接收装置3中的控制电路35连接的振镜驱动回路221、与振镜驱动回路221连接的振镜21以及反馈电路222，其中，振镜驱动回路221和反馈电路222构成了振镜21对应的振镜驱动器22。振镜驱动回路221用于向振镜21输出振镜偏转驱动信号，振镜21在振镜驱动信号的驱动下进行相应的偏转，以将激光发射装置1发出的激光偏转后扫描至目标物体4，反馈电路222与接收装置3中的控制电路35连接，用于向控制电路35输出振镜21的偏转角度反馈信号。因此，在依据本申请一些实施例提供的接收装置3中，控制电路35还具有反馈输入端，该反馈输入端与反馈电路222连接，用于接收反馈电路222获取的偏转角度反馈信号。扫描系装置2的振镜21为MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)振镜，振镜驱动回路22采用恒流或恒压驱动方式，通过反馈来实时获取振镜的偏转角度信息。在一些实施例中，扫描装置2内还设置有温度传感器(图9中未显示)，该温度传感器用来获取温度变化引起的偏转角度的变化。

在依据本申请一些实施例提供的激光雷达系统中，接收装置3还进一步包括接收光学系统(图9中未示意出)，该接收光学系统用于接收目标物体4反射回的回波信号，并将该回波信号转至光电传感器31(图9中未示意出)中。具体的，接收光学系统包括滤光片和接收镜组，接收光学系统还可以为聚光器，用于将目标物体4反射的回的回波光信号聚集后照射至光电传感器31的感光面。

依据本申请一些实施例提供的激光雷达系统的工作过程如下：

激光驱动器12驱动激光器11发出脉冲激光，脉冲激光经过发射光学系统13后射向扫描装置2的振镜21上，经过振镜21后，以相应的偏转角度反射后到达目标物体4，目标物体3反射的回波光信号通过接收光学系统进行接收，接收光学系统将接收到的回波光信号聚集在光电传感器31上，通过光电传感器31将回波光信号转换为回波电信号，回波电信号再经过可变增益放大电路32进行放大，放大后的放大回波电信号经过ADC或TDC转换成对应的数字回波信号后，再由接收装置3中的控制电路根据对应的数字回波电信号的值，经由距离输出端输出对应的距离信号，并将该距离信号发送至显示装置5中，有显示装置5中的上位机51进行显示。其中，在激光雷达系统工作的过程中，接收装置中的控制电路35控制光电传感器31的偏置电压以及可变增益放大电路32的增益系数在激光发射装置1发射出激光后随时间增加，从而使得激光雷达系统既能探测到最远距离又具有较小范围的近距离探测盲区。

以上，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之内，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以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种激光雷达系统的接收装置，其特征在于，包括光电传感器(31)、可变增益放大电路(32)、偏置电压产生电路(33)、数模转换电路(34)以及控制电路(35)；

所述光电传感器(31)的输出端B与所述可变增益放大电路(32)的输入端C连接，所述光电传感器(31)的偏压端(A)与所述偏置电压产生电路(33)的输出端J连接，所述光电传感器(31)用于接收被目标物体(4)反射回的回波光信号，并将所述回波光信号转换成回波电信号输出至所述可变增益放大电路(32)；

所述可变增益放大电路(32)的输出端E与所述控制电路(35)的回波输入端(L)的连接，所述可变增益放大电路(32)的增益受控端(D)与所述控制电路(35)的增益控制输出端(K)连接，所述可变增益放大电路(32)用于将所述回波电信号进行放大，并将放大回波电信号输出至所述控制电路(35)；

所述偏置电压产生电路(33)的输入端I与所述数模转换电路(34)的输出端H连接，所述偏置电压产生电路(33)用于将所述数模转换电路(34)输出的模拟偏压信号转换成使所述光电传感器(31)反向偏置的偏置电压输出至所述光电传感器(31)；

所述数模转换电路(34)的输入端G与所述控制电路(35)的偏压控制输出端(F)连接，所述数模转换电路(34)用于将所述控制电路(35)输出的数字偏压信号转换为模拟偏压信号输出至所述偏置电压产生电路(33)；

所述控制电路(35)的距离输出端(M)用于输出与所述放大回波电信号对应的距离信号。

2.根据权利要求1所述的接收装置，其特征在于，可变增益放大电路(32)包括运算放大器(321)和可变电阻器(322)；

所述运算放大器(321)的第一输入端为所述可变增益放大电路(32)的输入端C，所述运算放大器(321)的第二输入端(N)与参考地端连接，所述运算放大器(321)的输出端为所述可变增益放大电路(32)的输出端E；

所述可变电阻器(322)连接在所述运算放大器(321)的第一输入端和所述运算放大器(321)的输出端E之间，所述可变电阻器(322)的电阻受控端为所述可变增益放大电路(32)的增益受控端(D)。

3.根据权利要求2所述的接收装置，其特征在于，所述可变电阻器(322)包括多个并联在所述运算放大器(321)的第一输入端和所述运算放大器(321)的输出端E之间的电阻支路；

每一个所述电阻支路包括开关和与所述开关串联连接电阻，各个所述开关的开关受控端为所述可变电阻器的电阻受控端，各个所述开关的打开或关闭受控于所述控制电路(35)。

4.根据权利要求1所述的接收装置，其特征在于，所述数模转换电路(34)为数字电位器。

5.根据权利要求1所述的接收装置，其特征在于，还包括与所述控制电路(35)的温度输入端(P)连接的温度传感器(36)；

所述温度传感器(36)用于感测所述光电传感器(31)的温度，并向所述控制电路(35)输出对应的温度信号；

其中，所述控制电路(35)的偏压控制输出端输出的所述数字偏压信号的大小与所述控制电路(35)的温度输入端输入的所述温度信号的大小相对应。

6.根据权利要求1所述的接收装置，其特征在于，所述控制电路(35)包括控制器(351)和计时器(352)；

所述控制器(351)具有所述回波输入端(L)、所述增益控制输出端(K)、所述偏压控制输出端(F)、所述距离输出端(M)、计时输入端(S)以及发射控制输出端(Q)，所述计时输入端(S)与所述计时器(352)的输出端R接连接，所述发射控制输出端(Q)与激光发射装置(1)连接；所述计时器(352)的计时使能端(T)与所述发射控制输出端(Q)连接，所述计时器(352)在所述发射控制输出端(Q)发出用于控制所述激光发射装置(1)发出激光的发射控制信号时开始计时，并向所述控制器(351)输出相应的计时信号；

其中，所述偏压控制输出端(F)输出的所述数字偏压信号大小以及所述增益控制输出端(K)输出的增益控制信号大小均与所述计时输入端(S)输入的所述计时信号大小相对应。

7.根据权利要求1所述的接收装置，其特征在于，还包括连接在所述光电传感器(31)的输出端B和所述可变增益放大电路(32)的输入端C之间的微分电路(37)。

8.根据权利要求1所述的接收装置，其特征在于，还包括连接在所述可变增益放大电路(32)的输出端E和所述控制电路(35)的所述回波输入端(L)之间的模数转换电路(38)；

所述模数转换电路(38)用于将所述放大回波电信号转换成数字回波信号输出至所述控制电路(35)。

9.一种激光雷达系统，其特征在于，包括激光发射装置(1)、扫描装置(2)和如权利要求1至8中任意一项所述的接收装置(3)；

所述激光发射装置(1)用于发射激光；

所述扫描装置(2)用于将所述激光发射装置(1)发射出的激光偏转后扫描至目标物体(4)，扫描至所述目标物体(4)的所述激光所述目标物体(4)反射后形成所述回波光信号。

10.如权利要求9所述的激光雷达系统，其特征在于，还包括与所述接收装置(3)中的所述控制电路(35)连接的显示装置(5)，所述显示装置(5)用于显示所述距离信号的信息；和/或，

所述激光发射装置(1)包括与所述接收装置(3)中的所述控制电路(35)连接的激光驱动器(12)、与所述激光驱动器(12)连接的激光器(11)以及发射光学系统，所述激光驱动器(12)用于向所述激光器(11)输出发射驱动信号，所述激光器(11)在所述发射驱动信号的驱动下发射激光，并经由所述发射光学系统将所述激光发射至所述扫描装置(2)；和/或，

所述扫描装置(2)包括与所述接收装置(3)中的所述控制电路(35)连接的振镜驱动回路(221)、与所述振镜驱动回路(221)连接的振镜(21)以及反馈电路(222)，所述振镜驱动回路(221)用于向所述振镜(21)输出振镜偏转驱动信号，所述振镜(21)在所述振镜驱动信号的驱动下进行相应的偏转，以将所述激光发射装置(1)发出的所述激光偏转后扫描至所述目标物体(4)，所述反馈电路(222)与所述接收装置(3)中的所述控制电路(35)连接，用于向所述控制电路(35)输出所述振镜(21)的偏转角度反馈信号。