一种非扫描激光成像系统技术方案

本申请提供了一种非扫描激光成像系统，包括：激光发射模块、光电探测阵列接收模块、信号处理模块和数据显示模块；激光发射模块发出固定重频和脉宽的激光脉冲，并使激光脉冲覆盖目标区域；光电探测阵列接收模块接收激光回波信号，对激光回波信号进行放大；信号处理模块至少包括信号处理器和多个计时电路，多个计时电路与光电探测阵列像素一一对应，并在激光发射模块发出激光脉冲时同步启动；信号处理模块对放大的激光回波信号进行再次放大，基于再次放大的信号利用计时电路获得时间信息，利用信号处理器通过时间信息计算出距离信息；数据显示模块显示距离信息。本申请提供的系统结构简单、硬件易于实现，且计时精度和可靠性较高，功耗较低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及非扫描激光成像领域，尤其涉及一种非扫描激光成像系统。
技术介绍
目前，在非扫描激光成像
，主要有基于相位法的非扫描激光成像、基于条纹管的非扫描激光成像，除此之外还有基于焦平面阵列的非扫描激光成像。基于相位法的非扫描激光成像和基于条纹管的非扫描激光成像的成像原理相较于基于焦平面阵列的非扫描激光成像更复杂，这导致这两种成像系统的结构较复杂，集成小型化较难，同时所成图像存在失真，分辨率不高。而基于焦平面阵列的非扫描激光成像技术，因其使用集成化程度很高的器件，使得整个成像系统结构简单，体积很小，同时其具有穿透一定遮蔽物的能力，成像分辨率高等特点，使得其在导弹精确制导、航天器交会对接、无人机侦察、直升机防撞等领域有广泛的应用潜力。目前，国内对基于焦平面阵列的非扫描激光成像技术的研究还处在初始阶段，现有的APD阵列产品没有集成读出计时电路，当前的处理办法是利用FPGA延迟线插入法(也称timetodigitalconverter方法)实现对激光脉冲发射到接收时间间隔的测量，对APD阵列的16路像素单元同时计时，对FPGA处理器逻辑资源要求很高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种非扫描激光成像系统，用以解决现有技术中非扫描激光成像技术对FPGA处理器逻辑资源要求很高的问题，其技术方案如下：一种非扫描激光成像系统，包括：激光发射模块、光电探测阵列接收模块、>信号处理模块和数据显示模块；所述激光发射模块，用于发出固定重频和脉宽的激光脉冲，并使所述激光脉冲覆盖目标区域；所述光电探测阵列接收模块，用于接收激光回波信号，对所述激光回波信号进行放大，并将放大的激光回波信号发送往所述信号处理模块，所述激光回波信号为所述激光脉冲照射到所述目标区域后反射的信号；所述信号处理模块至少包括信号处理器和多个计时电路，所述多个计时电路与光电探测阵列像素一一对应，并在所述激光发射模块发出所述激光脉冲时，同步处于启动状态；所述信号处理模块，用于对所述放大的激光回波信号进行再次放大，基于再次放大的信号利用所述多个计时电路获得时间信息，利用所述信号处理器通过所述时间信息计算出距离信息，所述时间信息包括发射和接收所述激光脉冲的时间间隔；所述数据显示模块，用于显示所述距离信息。其中，所述计时电路包括时间数字转换器，所述时间数字转换器用于记录发射和接收所述激光脉冲的时刻。其中，所述信号处理模块还包括：主放大器和时刻鉴别电路；所述主放大电路，用于对所述放大的激光回波信号进行再次放大；所述时刻鉴别电路，用于消除所述激光回波信号幅值变化造成的起止时刻的误差。其中，所述激光发射模块包括：激光器、发射光学元件和驱动电路；所述驱动电路，用于驱动所述激光器以使所述激光器处于工作状态；所述激光器，用于发出固定重频和脉宽的激光脉冲；所述发射光学元件，用于对所述激光脉冲进行校准并扩束，使得所述激光脉冲光束覆盖所述目标区域。其中，所述光电探测阵列接收模块包括：接收光学元件、光电探测阵列和前置放大器；接收光学元件，用于接收激光回波信号并对所述激光回波信号进行调整；光电探测阵列，用于接收视场范围内的调整后的激光回波信号，并对接收的所述调整后的激光回波信号进行光电转换；所述前置放大器，用于对所述光电探测阵列进行光电转换后的信号进行放大。其中。所述时刻鉴别电路为由延时电路、衰减电路和过零比较电路组成的恒比定时鉴别电路。其中，所述衰减电路为低通滤波电路，所述过零比较电路为比较器AD8561。其中，所述信号处理模块中的所述信号处理器通过USB接口电路将所述距离信息传输到所述数据显示模块进行显示。其中，USB接口电路兼容USB2.0传输协议，所述USB接口电路为CY68013A芯片。其中，所述计时电路为TDC-GP21芯片，所述信号处理器为EP2S60F484C4芯片。上述技术方案具有如下有益效果：本专利技术提供的非扫描激光成像系统中，激光发射模块发出固定重频和脉宽的激光脉冲，并使激光脉冲覆盖目标区域，光电探测阵列接收模块接收激光回波信号，对激光回波信号进行放大，信号处理模块的多个计时电路与光电探测阵列像素一一对应，并在激光发射模块发出激光脉冲时同步启动，信号处理模块对放大的激光回波信号进行再次放大，基于再次放大的信号利用多个计时电路获得时间信息，利用信号处理器通过时间信息计算出距离信息。本专利技术提供的非扫描激光成像系统采用分立计时电路，实现了对各像素的并行单独计时，计时精度较高，并且，对于信号处理器(FPGA处理器)而言，其不再需要完成计时职责，而只需控制整个电路即可，使得系统整体功耗降低。本专利技术提供的非扫描激光成像系统结构简单，硬件易于实现，且计时精度和可靠性较高，功耗较低。附图说明图1为本专利技术实施例提供的非扫描激光成像系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的非扫描激光成像系统的一种具体结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的计时电路测量流程示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例提供了一种非扫描激光成像系统，请参阅图1，示出了该系统的结构示意图，该系统可以包括激光发射模块101、光电探测阵列接收模块102、信号处理模块103和数据显示模块104。其中：激光发射模块101，用于发出固定重频和脉宽的激光脉冲，并使激光脉冲覆盖目标区域。光电探测阵列接收模块102，用于接收激光回波信号，对激光回波信号进行放大，并将放大的激光回波信号发送往信号处理模块103。其中，激光回波信号为激光脉冲照射到目标区域后反射的信号。信号处理模块103至少包括信号处理器和多个计时电路，多个计时电路与光电探测阵列像素一一对应，并在激光发射模块101发出所述激光脉冲时，同步处于启动状态。信号处理模块103，用于对放大的激光回波信号进行再次放大，基于再次放大的信号利用多个计时电路获得时间信息，利用信号处理器通过时间信息计算出距离信息。其中，时间信息包括发射和接收激光脉冲的时间间隔。数据显示模块104，用于显示信号处理模块103输出的距离信息。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非扫描激光成像系统，其特征在于，包括：激光发射模块、光电探测阵列接收模块、信号处理模块和数据显示模块；所述激光发射模块，用于发出固定重频和脉宽的激光脉冲，并使所述激光脉冲覆盖目标区域；所述光电探测阵列接收模块，用于接收激光回波信号，对所述激光回波信号进行放大，并将放大的激光回波信号发送往所述信号处理模块，所述激光回波信号为所述激光脉冲照射到所述目标区域后反射的信号；所述信号处理模块至少包括信号处理器和多个计时电路，所述多个计时电路与光电探测阵列像素一一对应，并在所述激光发射模块发出所述激光脉冲时，同步处于启动状态；所述信号处理模块，用于对所述放大的激光回波信号进行再次放大，基于再次放大的信号利用所述多个计时电路获得时间信息，利用所述信号处理器通过所述时间信息计算出距离信息，所述时间信息包括发射和接收所述激光脉冲的时间间隔；所述数据显示模块，用于显示所述距离信息。

【技术特征摘要】
1.一种非扫描激光成像系统，其特征在于，包括：激光发射模块、光电
探测阵列接收模块、信号处理模块和数据显示模块；
所述激光发射模块，用于发出固定重频和脉宽的激光脉冲，并使所述激光
脉冲覆盖目标区域；
所述光电探测阵列接收模块，用于接收激光回波信号，对所述激光回波信
号进行放大，并将放大的激光回波信号发送往所述信号处理模块，所述激光回
波信号为所述激光脉冲照射到所述目标区域后反射的信号；
所述信号处理模块至少包括信号处理器和多个计时电路，所述多个计时电
路与光电探测阵列像素一一对应，并在所述激光发射模块发出所述激光脉冲时，
同步处于启动状态；
所述信号处理模块，用于对所述放大的激光回波信号进行再次放大，基于
再次放大的信号利用所述多个计时电路获得时间信息，利用所述信号处理器通
过所述时间信息计算出距离信息，所述时间信息包括发射和接收所述激光脉冲
的时间间隔；
所述数据显示模块，用于显示所述距离信息。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述计时电路包括时间数
字转换器，所述时间数字转换器用于记录发射和接收所述激光脉冲的时刻。
3.根据权利要求1或2的所述系统，其特征在于，所述信号处理模块还
包括：主放大器和时刻鉴别电路；
所述主放大电路，用于对所述放大的激光回波信号进行再次放大；
所述时刻鉴别电路，用于消除所述激光回波信号幅值变化造成的起止时刻
的误差。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述激光发射模块包括：

【专利技术属性】
技术研发人员：徐飞，李勐，孙协昌，黄宇，
申请(专利权)人：航天恒星科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11