一种自相关激光雷达装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种自相关激光雷达装置，先通过激光脉冲信号获取一段方波信号，方波信号开始时刻为脉冲起始时时刻，方波信号结束时刻为激光脉冲截止时刻；再通过对该方波信号做自相关函数处理，得到一个左右对称的三角形，三角形的开始产生时刻为方波信号的开始时刻，三角形达到最高点的时刻为方波的结束时刻，通过获得该三角形的最高点数值和该三角形左半边的斜率值，即可获得左半边三角形的底边长度，该长度即为方波开始时刻结束时刻的差值，即为脉冲的飞行时间。

An Autocorrelation Lidar Device

【技术实现步骤摘要】
一种自相关激光雷达装置
本专利技术属于无线电波
，更为具体地讲，涉及一种估算方波持续时间的自相关激光雷达装置。
技术介绍
激光雷达的应用十分广泛,已从地面发展到空中,从空中发展到太空,从陆地发展到海面,从海面发展到水下,并涉及到多个学科领域。它有着常规雷达不可比拟的优势,无论在军事上还是在民用上都有广阔的应用前景。随着科技的进步，人们对智能化的需求越来越高，随着而来的便是对传感器的高要求。不同于传统的摄像头视觉成像，激光雷达测量数据的精度，距离，分辨率要高出很多。未来激光雷达将广泛应用于各个场景，小到家庭的扫地机器人，车载的自动导航系统，大到飞机的自动测绘，卫星的精确测距。对于低成本的激光雷达系统大部分厂商采用窄带脉冲飞行时间测距，即发射模块的脉冲激光器发出一段窄脉冲激光，并同时向处理器发送起始电信号，接收模块的光学感应器件接收到脉冲激光击中目标物体反射后的回波，并向处理器发送截止电信号，处理器通过计算起始信号，截止信号的时间差计算出激光脉冲的飞行时间，通过系统测得的飞行时间和已知的光波速度相乘，计算激光雷达与目标物之间的距离。由于光速数值较大，因此对于某些对数据有较高要求的场合(如无人驾驶)，对激光脉冲的起始时刻，截止时刻的时间分辨率要求很高(100ps的误差将会使距离误差达到3cm)。传统的阈值法，恒比法等难以达到所需要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种自相关激光雷达装置，利用自相关函数对飞行时间方波信号进行自相关处理，进而获取方波持续时间。为实现上述专利技术目的，本专利技术一种自相关激光雷达装置，其特征在于，包括：中央处理器模块，主要负责向系统中各个模块发送指令，并接受各个模块反馈数据并处理，从而控制系统整体运行；中央处理器模块先向激光脉冲发射模块发送指令，令其发射激光脉冲信号；并同时向激光脉冲接收模块发送指令，令其准备接收回波脉冲；然后等待接收飞行时间方波产生模块发送的反馈信号，当收到反馈信号后，中央处理器模块向三角波峰值计算模块发送指令，并等待三角波峰值计算模块的反馈信号；当中央处理器收到三角波峰值计算模块的反馈信号后，通过自相关函数计算方波持续时间；激光脉冲发射模块，内置有激光器、光感应单元和电信号放大单元；激光器负责接收中央处理器模块发送的指令，然后发射激光脉冲信号；光感应单元用于产生原始的脉冲起始信号；电信号放大单元对原始的脉冲起始信号进行放大；激光脉冲发射模块接收到中央处理器模块发射的指令后，激活光感应单元，随后激光器向空间发射激光脉冲信号，光感应单元感应到激光脉冲信号后产生出原始的脉冲起始信号，电信号放大单元对原始的脉冲起始信号进行放大，然后输入至飞行时间方波产生模块；激光脉冲接收模块，内置有光感应单元和电信号放大单元；光感应单元用于产生原始的脉冲截止信号，电信号放大单元用于对原始的脉冲截止信号进行放大；激光脉冲接收模块接收到中央处理器模块发射的指令后，激活光感应单元，当光感应单元感应到激光脉冲信号经过目标物体反射产生的回波信号时，产生原始的脉冲截止信号，然后通过电信号放大单元对原始的脉冲截止信号进行放大，再输入至飞行时间方波产生模块；飞行时间方波产生模块，内置有阈值产生器单元、两个比较器单元和与门单元；阈值产生器单元为两个比较器单元提供阈值，两个比较器单元用于截取脉冲起始信号和脉冲截止信号，与门单元用来产生飞行时间方波信号；飞行时间方波产生模块接收到中央处理器模块发射的指令后，通过阈值产生器单元产生合适的电平作为两个比较器单元的阈值；两个比较器单元根据提供的阈值，对信号激光脉冲发射模块和激光脉冲接收模块发送来的信号进行截取，其中，一个比较器单元用于截取放大后的脉冲起始信号，产生出一个开始时刻为脉冲起始信号的起始时刻的方波信号，另一个比较器单元用于截取脉冲截止信号，产生出一个结束时刻为脉冲截止信号的截止时刻的方波信号；接着，与门单元对这两个方波信号进行与运算，产生出飞行时间方波信号，再将飞行时间方波信号输入至三角波峰值计算模块，同时向中央处理器模块发送反馈信号；三角波峰值计算模块，内置有积分电路单元、峰值保持电路单元和模拟-数字采样电路单元；三角波峰值计算模块接收到中央处理器模块发射的指令后，积分电路单元对飞行时间方波信号进行积分运算，产生出一个三角波信号；峰值保持电路单元对三角波信号的峰值进行电平保持，得到三角波信号的峰值电平；然后模拟-数字采样单元对峰值电平进行采样，得到电平数值，将该电平数值以反馈信号的形式发送给中央处理器模块；电源模块，主要负责向系统中各个模块提供所需电平和接地接口，维持系统正常运转。本专利技术的专利技术目的是这样实现的：本专利技术一种自相关激光雷达装置，先通过激光脉冲信号获取一段方波信号，方波信号开始时刻为脉冲起始时时刻，方波信号结束时刻为激光脉冲截止时刻；再通过对该方波信号做自相关函数处理，得到一个左右对称的三角形，三角形的开始产生时刻为方波信号的开始时刻，三角形达到最高点的时刻为方波的结束时刻，通过获得该三角形的最高点数值和该三角形左半边的斜率值，即可获得左半边三角形的底边长度，该长度即为方波开始时刻结束时刻的差值，即为脉冲的飞行时间。同时，本专利技术一种自相关激光雷达装置还具有以下有益效果：(1)、相比于传统的阈值法计算方波持续时间，该方法可以获得更好的精度，阈值法的起始结束时刻的确定非常依赖于比较器产生的触发信号，但即使是性能极优的比较器，触发信号的产生也会产生25ns的延时，因为光速数值过大，这在激光雷达系统中是无法容忍的(25ns意味着7.5米)。而该方案可以非常有效的消除这类误差，该系统的两段信号都会经过同种比较器，这种手段可以有效的去除比较器本身所带来的延时性，最后截取产生的飞行时间方波则由与门电路产生，相比于比较器的25ns延时，与门100ps级别的延时完全可以忽略(100ps意味着3cm)，同阈值法相比该方法可以获得更好的测量精度。(2)、阈值法的测量非常依赖于阈值，当电路中的电平高于阈值时即产生触发信号，由于电路中的噪声影响，尤其在激光雷达系统这种高电流高功率系统，噪声对电平的影响非常大。一些尖峰噪声很有可能直接突破阈值，从而导致比较器误以为信号到来，产生触发信号，产生错误的结果。相比之下，该方法可以很有效的消除这种尖峰噪声的影响，该方案采用积分的方式计算方波持续时间。由于尖峰噪声的峰值较大，但持续时间很短，因此采用积分的方法可以非常有效的抑制这种噪声对测量产生的影响。不只是这种噪声，对于多种噪声都可以有积分的平滑作用加以抑制，因此该系统具有更好的鲁棒性。(3)、对于阈值法来说，测量飞行时间需要一套复杂的计时电路，尤其对于激光雷达系统而言，该电路的精确性要极高，尤其在户外运动状态很容易受到感扰，高频晶振的微小抖动对测量产生的误差都是巨大的。而该方法的时间测量则通过积分电路完成，相比于高精度的计时电路而言，积分电路更简单，稳健，没有高频晶振等一系列敏感器件。附图说明图1是本专利技术一种自相关激光雷达装置一种具体实施方式架构图；图2是三角波峰值计算模块的原理图；图3是飞行时间方波产生模块原理图；图4是方波信号通过自相关函数求持续时间原理图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自相关激光雷达装置，其特征在于，包括：中央处理器模块，主要负责向系统中各个模块发送指令，并接受各个模块反馈数据并处理，从而控制系统整体运行；中央处理器模块先向激光脉冲发射模块发送指令，令其发射激光脉冲信号；并同时向激光脉冲接收模块发送指令，令其准备接收回波脉冲；然后等待接收飞行时间方波产生模块发送的反馈信号，当收到反馈信号后，中央处理器模块向三角波峰值计算模块发送指令，并等待三角波峰值计算模块的反馈信号；当中央处理器收到三角波峰值计算模块的反馈信号后，通过自相关函数计算方波持续时间；激光脉冲发射模块，内置有激光器、光感应单元和电信号放大单元；激光器负责接收中央处理器模块发送的指令，然后发射激光脉冲信号；光感应单元用于产生原始的脉冲起始信号；电信号放大单元对原始的脉冲起始信号进行放大；激光脉冲发射模块接收到中央处理器模块发射的指令后，激活光感应单元，随后激光器向空间发射激光脉冲信号，光感应单元感应到激光脉冲信号后产生出原始的脉冲起始信号，电信号放大单元对原始的脉冲起始信号进行放大，然后输入至飞行时间方波产生模块；激光脉冲接收模块，内置有光感应单元和电信号放大单元单元；光感应单元用于产生原始的脉冲截止信号，电信号放大单元用于对原始的脉冲截止信号进行放大；激光脉冲接收模块接收到中央处理器模块发射的指令后，激活光感应单元，当光感应单元感应到激光脉冲信号经过目标物体反射产生的回波信号时，产生原始的脉冲截止信号，然后通过电信号放大单元对原始的脉冲截止信号进行放大，再输入至飞行时间方波产生模块；飞行时间方波产生模块，内置有阈值产生器单元、两个比较器单元和与门单元；阈值产生器单元为两个比较器单元提供阈值，两个比较器单元用于截取脉冲起始信号和脉冲截止信号，与门单元用来产生飞行时间方波信号；飞行时间方波产生模块接收到中央处理器模块发射的指令后，通过阈值产生器单元产生合适的电平作为两个比较器单元的阈值；两个比较器单元根据提供的阈值，对信号激光脉冲发射模块和激光脉冲接收模块发送来的信号进行截取，其中，一个比较器单元用于截取放大后的脉冲起始信号，产生出一个开始时刻为脉冲起始信号的起始时刻的方波信号，另一个比较器单元用于截取脉冲截止信号，产生出一个结束时刻为脉冲截止信号的截止时刻的方波信号；接着，与门单元对这两个方波信号进行与运算，产生出飞行时间方波信号，再将飞行时间方波信号输入至三角波峰值计算模块，同时向中央处理器模块发送反馈信号；三角波峰值计算模块，内置有积分电路单元、峰值保持电路单元和模拟‑数字采样电路单元；三角波峰值计算模块接收到中央处理器模块发射的指令后，积分电路单元对飞行时间方波信号进行积分运算，产生出一个三角波信号；峰值保持电路单元对三角波信号的峰值进行电平保持，得到三角波信号的峰值电平；然后模拟‑数字采样单元对峰值电平进行采样，得到电平数值，将该电平数值以反馈信号的形式发送给中央处理器模块；电源模块，主要负责向系统中各个模块提供所需电平和接地接口，维持系统正常运转。...

【技术特征摘要】
1.一种自相关激光雷达装置，其特征在于，包括：中央处理器模块，主要负责向系统中各个模块发送指令，并接受各个模块反馈数据并处理，从而控制系统整体运行；中央处理器模块先向激光脉冲发射模块发送指令，令其发射激光脉冲信号；并同时向激光脉冲接收模块发送指令，令其准备接收回波脉冲；然后等待接收飞行时间方波产生模块发送的反馈信号，当收到反馈信号后，中央处理器模块向三角波峰值计算模块发送指令，并等待三角波峰值计算模块的反馈信号；当中央处理器收到三角波峰值计算模块的反馈信号后，通过自相关函数计算方波持续时间；激光脉冲发射模块，内置有激光器、光感应单元和电信号放大单元；激光器负责接收中央处理器模块发送的指令，然后发射激光脉冲信号；光感应单元用于产生原始的脉冲起始信号；电信号放大单元对原始的脉冲起始信号进行放大；激光脉冲发射模块接收到中央处理器模块发射的指令后，激活光感应单元，随后激光器向空间发射激光脉冲信号，光感应单元感应到激光脉冲信号后产生出原始的脉冲起始信号，电信号放大单元对原始的脉冲起始信号进行放大，然后输入至飞行时间方波产生模块；激光脉冲接收模块，内置有光感应单元和电信号放大单元单元；光感应单元用于产生原始的脉冲截止信号，电信号放大单元用于对原始的脉冲截止信号进行放大；激光脉冲接收模块接收到中央处理器模块发射的指令后，激活光感应单元，当光感应单元感应到激光脉冲信号经过目标物体反射产生的回波信号时，产生原始的脉冲截止信号，然后通过电信号放大单元对原始的脉冲截止信号进行放大，再输入至飞行时间方波产生模块；飞行时间方波产生模块，内置有阈值产生器单元、两个比较器单元和与门单元；阈值产生器单元为两个比较器单元提供阈值，两个比较器单元用于截取脉冲起始信号和脉冲截止信号，与门单元用来产生飞行时间方波信...

【专利技术属性】
技术研发人员：张崇富，向阳，黄海山，刘青龙，邱昆，
申请(专利权)人：电子科技大学中山学院，电子科技大学，四川迅腾科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44