星载激光测距仪回波探测电路制造技术

星载激光测距仪回波探测电路，包含电源滤波电路、APD探测器(模块)、差分放大器电路、无源贝塞尔滤波器电路和变压器隔离电路。电源滤波电路对输入电源进行滤波，以满足探测电路各单元对电源纹波、噪声的要求。APD探测器(模块)是实现激光回波探测的光电器件，其在外加高压偏置的情况下获得内增益实现微弱信号探测。差分放大器电路用以将APD探测器(模块)输出的单端电流(电压)信号转换为差分信号，提高信号传输的抗干扰能力。无源贝塞尔滤波器电路在保证信号不失真的前提下将信号带宽限制在合适频带范围内，以获得最优信噪比，以满足不同应用的需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于星载激光测距仪基于APD探测器(模块)的回波探测电路。
技术介绍
星载激光测距仪一般工作在数百公里轨道，数MW量级的激光发射功率经过R2的距离衰减和大气双程衰减后，激光回波光功率一般仅为数十nW量级，如何有效的检测并提取如此微弱的激光回波信号是激光测距系统的关键。雪崩光电二极管(APD)量子效率高，具有极高的灵敏度和极短响应时间，成为星载激光距仪微弱信号探测的首选探测器。目前星载激光测距仪回波探测电路普遍的设计方法是将APD探测模块输出信号直接通过同轴电缆输出或者将APD探测器输出的电流信号通过I/V转换后通过同轴电缆输出，电路中仅包括APD探测电路，这种电路的不足之处在于：nW量级的回波信号经过APD探测电路光电转换后信噪比极低，采用单端非隔离传输方式信号品质极易受到外界环境特别是空间环境的影响，造成信噪比进一步恶化或信号失真，不利于后端信号检测，影响测距精度。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，通过在APD探测电路的基础上增加差分放大器电路、无源贝塞尔滤波器电路和变压器隔离电路，一方面使得只能输出单端信号的APD探测电路输出差分电压信号并通过无源贝塞尔滤波器获得最优信噪比，另一方面通过变压器隔离电路实现与后端信号处理电路的电流隔离，提高电路的可靠性和抗干扰能力。适用于星载激光测距仪的激光回波探测。本专利技术的技术解决方案是：星载激光测距仪回波探测电路，包含电源滤波电路、APD探测器(模块)、差分放大器电路、无源贝塞尔滤波器电路和变压器隔离电路。电源滤波电路对输入电源进行滤波，以满足探测电路各单元对电源纹波、噪声的要求。APD探测器(模块)是实现激光回波探测的光电器件，其在外加高压偏置的情况下获得内增益实现微弱信号探测。差分放大器电路用以将APD探测器(模块)输出的信号转换为差分信号，提高信号传输的抗干扰能力。无源贝塞尔滤波器电路将信号带宽限制在合适频带范围内，以获得最优信噪比，以满足不同应用的需求。变压器隔离电路实现光电探测电路与后端信号处理电路的电流隔离，提高电路可靠性和抗干扰能力。所述的电源滤波电路包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电感L1和电感L2；电容C1的一端与外部输入电源的正端(101)相连，电容C1的另一端与外部输入电源的参考端/地(102)相连；电容C3的一端与外部输入电源的负端(103)相连，电容C3的另一端与外部输入电源的参考端/地(102)相连；电容C2的一端作为电源滤波电路的输出正端(104)，电容C2的另一端与外部输入电源的参考端/地(102)相连；电容C4的一端作为电源滤波电路的输出负端(105)，电容C4的另一端与外部输入电源的参考端/地(102)相连；电感L1的一端与外部输入电源的正端(101)相连，电感L1的另一端与电源滤波电路的输出正端(104)相连；电感L2的一端与外部输入电源的负端(103)相连，电感L2的另一端与电源滤波电路的输出负端(105)相连。所述的APD探测器为雪崩光电二极管或带集成前置放大器的光电模块。APD探测器为雪崩光电二极管时，所述的差分放大器电路：包括电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9和差分放大器(201)。差分放大器(201)，包括：信号输入正端、信号输入负端、信号输出。电容C5的一端连接APD探测器输出端(106)，电容C5的另一端与差分放大器(201)的信号输入负端相连-IN；差分放大器(201)的信号输入正端+IN通过电容C6接至电源滤波电路的输出正端(104)；电容C7一端与差分放大器输出正端+OUT相连，电容C7另一端作为差分放大器电路的输出正端(107)；电容C8一端与差分放大器输出负端-OUT相连，电容C8另一端作为差分放大器电路的输出负端(108)；电容C9一端与差分放大器电源正端VCC相连，同时连接电源滤波电路的输出正端(104)，电容C9另一端与差分放大器电源的地端GND相连，同时与电源滤波电路参考端/地(102)相连。APD探测器为带集成前置放大器的光电模块时，所述的差分放大器电路具有增益调整功能，包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、电容C14和差分放大器(301)。差分放大器(301)，包括：信号输入正端、信号输入负端、增益控制正端、增益控制负端、电源正端、电源负端、输出正端、输出负端。电容C11的一端与APD光电模块输出端(106)相连，电容C11的另一端与差分放大器(301)的信号输入正端相连；差分放大器(301)的信号输入负端通过串联的电容C12和电阻R2接地；电容C13一端与差分放大器输出正端相连，电容C13另一端作为差分放大器电路的输出正端(107)；电容C14一端与差分放大器输出负端相连，电容C14另一端作为差分放大器电路的输出负端(108)；电阻R1一端与差分放大器的增益控制正端相连，电阻R1另一端与差分放大器的增益控制负端相连；电阻R3一端与差分放大器的增益控制负端相连，电阻R3另一端与差分放大器的输出正端相连；电容C10一端与差分放大器电源正端和电源滤波电路输出正端(104)相连，电容C10另一端与电源滤波电路参考端/地相连；差分放大器电源负端与电源滤波电路参考端相连。所述的贝塞尔滤波器为3阶差分低通滤波器，且具有阻抗变换作用：包括：电容C15、电容C16、电感L3、电感L4。电容C15一端与差分放大器电路输出正端相连，作为贝塞尔滤波器的输入正端(109)，电容C15另一端与差分放大器电路输出负端相连，作为贝塞尔滤波器的输入负端(110)。电容C16一端作为贝塞尔滤波器的输出正端(111)，电容C16另一端作为贝塞尔滤波器的输出负端(112)。电感L3一端与无源贝塞尔滤波器电路输入正端(109)相连，电感L3另一端与无源贝塞尔滤波器电路的输出正端(111)相连；电感L4一端与无源贝塞尔滤波器电路输入负端(110)相连，电感L4另一端与无源贝塞尔滤波器电路的输出负端(112)相连。所述的变压器隔离电路为差分宽带脉冲变压器电路：包括电容C17、电容C18、变压器T1。变压器(T1)，包括：输入正端(115)、输出正端(116)、输出参考端(117)、输入负端(118)、输出负端(119)，端(117)从端(116)和端(119)之间的线圈中间引出。电容C17一端与无源贝塞尔滤波器电路的输出正端相连，电容C17另一端与变压器(T1)的端(115)相连，；电容C18一端与无源贝塞尔滤波器电路的输出负端相连，电容C18另一端与变压器(T1)的端(118)相连；变压器(T1)拥有三个输出端，其中输出端(116)作为回波探测电路的输出正端与外部电路差分输入正端相连，输出端(119)作为回波探测电路的输出负端与外部电路差分输入负端相连，输出端(117)与外部电路的地相连。所述的电源滤波电路可根据输入电源特性组合成π型、T型和L型滤波电路。本专利技术与现有技术相比的优点在于：本专利技术通过在APD探测电路的基础上增加差分放大器电路、无源贝塞尔滤波器电路和变压器隔离电路，一方面使得只能输出单端信号的APD探测电路输出差分电压信号并通过无源贝塞尔滤波器获得最优信噪比，另一方面通过变压器隔离电本文档来自技高网...

【技术保护点】
星载激光测距仪回波探测电路，其特征在于包括：电源滤波电路、APD探测器、差分放大器电路、无源贝塞尔滤波器电路和变压器隔离电路；电源滤波电路，对外部输入的直流电源进行滤波，得到满足APD探测器和差分放大器电路要求的电源，给APD探测器和差分放大器电路供电；APD探测器，接收光学系统输出的光学信号，经光电转换后输出激光回波信号送入差分放大器电路；差分放大器电路，接收APD探测器送来的激光回波信号，该激光回波信号为单端电流信号，对该激光回波信号进行差分放大，将单端电流信号转换为激光回波差分电压信号送至无源贝塞尔滤光器电路；无源贝塞尔滤光器电路，接收差分放大器电路送来的激光回波差分电压信号，将该激光回波差分电压信号带宽限制在一定的频带范围内，将带宽限制后的激光回波差分电压信号送至变压器隔离电路；变压器隔离电路，接收无源贝塞尔滤光器电路送来的带宽限制后的激光回波差分电压信号，经变压隔离后输出至外部。

【技术特征摘要】
1.星载激光测距仪回波探测电路，其特征在于包括：电源滤波电路、APD探测器、差分放大器电路、无源贝塞尔滤波器电路和变压器隔离电路；电源滤波电路，对外部输入的直流电源进行滤波，得到满足APD探测器和差分放大器电路要求的电源，给APD探测器和差分放大器电路供电；APD探测器，接收光学系统输出的光学信号，经光电转换后输出激光回波信号送入差分放大器电路；差分放大器电路，接收APD探测器送来的激光回波信号，该激光回波信号为单端电流信号，对该激光回波信号进行差分放大，将单端电流信号转换为激光回波差分电压信号送至无源贝塞尔滤光器电路；无源贝塞尔滤光器电路，接收差分放大器电路送来的激光回波差分电压信号，将该激光回波差分电压信号带宽限制在一定的频带范围内，将带宽限制后的激光回波差分电压信号送至变压器隔离电路；变压器隔离电路，接收无源贝塞尔滤光器电路送来的带宽限制后的激光回波差分电压信号，经变压隔离后输出至外部。2.根据权利要求1所述的星载激光测距仪回波探测电路，其特征在于：所述的电源滤波电路包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电感L1和电感L2；电容C1的一端与外部输入电源的正端(101)相连，电容C1的另一端与外部输入电源的参考端/地(102)相连；电容C3的一端与外部输入电源的负端(103)相连，电容C3的另一端与外部输入电源的参考端/地(102)相连；电容C2的一端作为电源滤波电路的输出正端(104)，电容C2的另一端与外部输入电源的参考端/地(102)相连；电容C4的一端作为电源滤波电路的输出负端(105)，电容C4的另一端与外部输入电源的参考端/地(102)相连；电感L1的一端与外部输入电源的正端(101)相连，电感L1的另一端与电源滤波电路的输出正端(104)相连；电感L2的一端与外部输入电源的负端(103)相连，电感L2的另一端与电源滤波电路的输出负端(105)相连。3.根据权利要求1所述的星载激光测距仪回波探测电路，其特征在于：所述的APD探测器为雪崩光电二极管或带集成前置放大器的光电模块。4.根据权利要求1所述的星载激光测距仪回波探测电路，其特征在于：APD探测器为雪崩光电二极管时，所述的差分放大器电路：包括电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9和差分放大器(201)；差分放大器(201)，包括：信号输入正端、信号输入负端、信号输出；电容C5的一端连接APD探测器输出端(106)，电容C5的另一端与差分放大器(201)的信号输入负端相连-IN；差分放大器(201)的信号输入正端+IN通过电容C6接至电源滤波电路的输出正端(104)；电容C7一端与差分放大器输出正端+OUT相连，电容C7另一端作为差分放大器电路的输出正端(107)；电容C8一端与差分放大器输出负端-OUT相连，电容C8另一端作为差分放大器电路的输出负端(108)；电容C9一端与差分放大器电源正端VCC相连，同时连接电源滤波电路的输出正端(104)，电容C9另一端与差分放大器电源的地端GND相连，同时与电源滤波电路参考端/地(102)相连。5.根据权利要求3所述的星载激光测距仪回波探测电路，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭欢，李旭，王春辉，蒙裴贝，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11