一种零盲区测距系统技术方案

本发明专利技术公开了一种零盲区测距系统，解决了现有技术TOF测距盲区大，更新速度慢，受环境影响大抗干扰能力差等问题。本发明专利技术包括激光发射电路、回波采集电路、激光发射触发电路、25Khz数字滤波电路、时差测量电路、回波补偿电路、APD驱动电路、精密光学模组、以及可产生高精度差分窄脉冲信号和产生25khz占空比可调的PWM频率的高速FPGA控制电路。本发明专利技术具有高速驱动、零盲区测量、信号信噪比高、高精度测距、超高速测量频率、以及人眼安全的特点，同时还具有环境识别和超强抗太阳光的能力。

A zero blind area distance measuring system

The invention discloses a zero blind zone ranging system, which solves the problems of large blind area, slow updating speed, large environmental impact and poor anti-interference capability of the existing TOF technology. The invention comprises a laser emission circuit, echo acquisition circuit, laser trigger circuit, 25Khz digital filter circuit, measurement circuit, echo compensation circuit, APD drive circuit, precision optical module, and can produce high precision differential narrow pulse signal and high speed FPGA 25kHz PWM frequency adjusting control circuit. The invention has the characteristics of high speed driving, zero blind area measurement, high signal-to-noise ratio, high precision ranging, ultra high speed measurement frequency and eye safety, and has the ability of environmental identification and super strong anti sunlight.

【技术实现步骤摘要】
一种零盲区测距系统
本专利技术涉及一种零盲区测距系统。
技术介绍
随着激光科技以及TOF的发展，高速，低盲区，精准测量成为了市场不可或缺的测量设备。目前世面的TOF测距产品其盲区均在15cm-60cm(距离越远盲区越大)左右，且随着速度的提高盲区和不停的加大，零盲区测距系统与传统的激光测距系统相比在测量的精确度，盲区检测，测量的频率以及距离都更具有优势，不仅在成本和体积的简化，更能够快速零盲区获取高精度距离信息。在激光雷达行业中是不可或缺的重要组建。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种零盲区测距系统，解决现有技术TOF测距盲区大，更新速度慢，受环境影响大抗干扰能力差等问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种零盲区测距系统，包括激光发射电路、回波采集电路、激光发射触发电路、25Khz数字滤波电路、时差测量电路、回波补偿电路、APD驱动电路、精密光学模组、以及可产生高精度差分窄脉冲信号和产生25khz占空比可调的PWM频率的高速FPGA控制电路，所述高速FPGA控制电路主要负责高速逻辑运算并通过外部高速高精度晶振将所述高速FPGA控制电路内部频率提高至上百兆hz以实现高速逻辑运算；所述激光发射电路包括与所述高速FPGA控制电路产生高精度差分窄脉冲信号的输出端连接的脉冲驱动电路、以及与所述脉冲驱动电路的输出端连接的脉冲激光二极管，所述脉冲驱动电路用于接收所述高速FPGA控制电路产生的高精度差分窄脉冲信号并将该信号进行调制放大以驱动所述脉冲激光二极管发射出激光；所述回波采集电路包括用于接收物体反射激光并将其转化成微弱电流输出的雪崩二极管、与所述雪崩二极管的A极连接用于将所述雪崩二极管输入的电流转化成电压信号并将该电压信号进行放大输出的I/V增益放大电路、与所述I/V增益放大电路的电压信号输出端连接并对该I/V增益放大电路输出的电压信号进行整形分离并输出上升沿信号和回波宽度信号的时刻鉴别电路；所述25Khz数字滤波电路分别与所述时刻鉴别电路、时差测量电路和高速FPGA控制电路连接，用于将所述时刻鉴别电路输出的上升沿信号和回波宽度信号进行带通滤波，以滤除参杂的高频信号和超低频率信号同时获得与发射激光频率一致的回波宽度信号，并将该回波宽度信号输送至所述时差测量电路；所述时差测量电路通过所述激光发射触发电路与所述脉冲激光二极管连接，同时所述时差测量电路还与所述高速FPGA控制电路进行SPI通信，所述激光发射触发电路将流过所述脉冲激光二极管的电流信号利用高速运放电路放大并整形成TTL电平信号，同时将该TTL电平信号输入至所述时差测量电路的START端，所述时差测量电路用于接收所述TTL电平信号、由所述时刻鉴别电路输出的STOP信号、以及与发射激光频率一致的回波宽度信号，并对所述TTL电平信号和所述STOP信号之间的上升沿信号、以及与发射激光频率一致的回波宽度信号的宽度进行精准时差测量，以得到上升沿时差和回波宽度并实时将该上升沿时差和回波宽度通过SPI通信传输至所述高速FPGA控制电路，所述高速FPGA控制电路预先存储好标准上升沿时差和标准回波宽度，同时根据补偿公式对所述上升沿时差进行补偿，以使所述回波宽度稳定在某一状态，进而将存在的盲区距离降低到零；所述回波补偿电路包括PWM驱动电路、高压采集电路和温度补偿电路，所述APD驱动电路的输出端与所述雪崩二极管的触发极连接，所述高压采集电路的输入端和输出端分别与所述APD驱动电路和所述高速FPGA控制电路连接，用于实时采集所述APD驱动电路的高压信息并将所采集的高压信息实时反馈给所述高速FPGA控制电路；所述温度补偿电路的输入端与所述APD驱动电路连接，同时所述温度补偿电路还与所述高速FPGA控制电路进行信号交换，用于实时采集所述APD驱动电路当前的环境温度信号并实时将该温度信号反馈给所述高速FPGA控制电路；所述PWM驱动电路的输入端与所述高速FPGA控制电路产生25khz占空比可调的PWM频率信号的输出端连接，其输出端与所述APD驱动电路的输入端连接，所述高速FPGA控制电路根据所述温度补偿电路实时反馈的APD驱动电路环境温度、所述高压采集电路实时反馈的高压信息、以及所述时差测量电路反馈的经过精确测量后的回波宽度进行输出PWM的占空比调节，从而达到灵活调节所述APD驱动电路输出高压的目的；所述精密光学模组包括圆柱形固定框架、均设于所述固定框架内的激光发射模组和激光接收模组，所述激光发射模组位于所述脉冲激光二极管的激光发射端并用于将所述脉冲激光二极管发射的激光进行扩束聚焦后投射至被测物体，所述激光接收模组位于所述雪崩二极管前端并用于将所述脉冲激光二极管所发射激光经过被测物体反射后的激光进行聚焦并光学滤波后投射至所述述雪崩二极管。进一步地，所述补偿公式为：D_tw_correction＝Fn{Tw*K/2}式一D＝(Tup*C/2)-D_tw_correction式二其中，Tw为时差测量电路传输至高速FPGA控制电路的回波宽度，K为常数，Tw*K/2为当前测量到的回波宽度所对应的补偿距离值，单位为m；Fn表示为一个数列，并与标准的回波宽度做对比，Tup为时差测量电路传输至高速FPGA控制电路的上升沿时差，C为光速，D为实际测量距离。进一步地，所述激光发射模组包括位于所述脉冲激光二极管的激光发射端的激光扩束镜片和位于该激光扩束镜片后端的激光聚集镜片，所述脉冲激光二极管发射的激光经过激光扩束镜片扩束后形成一定发散角度后再经激光聚集镜片聚焦成一个6mm大小的圆点光斑后打到被测物体表面。进一步地，所述激光接收模组包括位于所述雪崩二极管前端的窄带滤光片和位于该窄带滤光片前端的接收聚集镜片，所述脉冲激光二极管所发射激光经过被测物体反射后的反射激光经过接收聚集镜片聚焦后再经过所述窄带滤光片滤光后透射至所述雪崩二极管。进一步地，所述高速FPGA控制电路产生25Khz、30ns窄脉冲信号并将该窄脉冲信号输入至脉冲驱动电路。进一步地，所述脉冲驱动电路将接收到的25Khz、30ns窄脉冲信号输入至所述脉冲激光二极管以驱动所述脉冲激光二极管产生脉冲激光发射出。进一步地，所述脉冲激光二极管所发射激光为905nm近红外光，且平均光学功率低于8Mw；所述窄带滤光片为905nm窄带滤光片。进一步地，所述APD驱动电路的输出电压能在DC100V-250V快速调节。进一步地，所述时刻鉴别电路的回波信号经过25Khz数字滤波电路处理后可使输出速率达到25000次/秒。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术具有高速驱动特点。在激光发射电路的发射端利用高速FPGA控制电路作为窄脉冲产生信号，其调制产生频率可达25Khz,窄脉冲信号可达30ns，超低相位频率抖动。(2)本专利技术具有超高速测量频率，来自回波补偿电路的回波信号，经过25khz数字滤波，使得输出的速率可达25000次/每秒。(3)本专利技术具有零盲区测量特点。本专利技术实时采集回波信号强弱，利用回波补偿电路对APD进行灵敏度控制，使得在任何距离以及反光物体下，都能具有较高的灵敏度，使得回波更加的稳定和线性。(4)本专利技术具有环境识别能力。本专利技术利用温度补偿电路进行环境温度的补偿，高速FPGA控制电路根据当前的环境温度来调节A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种零盲区测距系统，其特征在于：包括激光发射电路(1)、回波采集电路(2)、激光发射触发电路(14)、25Khz数字滤波电路(3)、时差测量电路(4)、回波补偿电路(5)、APD驱动电路(6)、精密光学模组(7)、以及可产生高精度差分窄脉冲信号和产生25khz占空比可调的PWM频率的高速FPGA控制电路(8)，所述高速FPGA控制电路(8)主要负责高速逻辑运算并通过外部高速高精度晶振将所述高速FPGA控制电路(8)内部频率提高至上百兆hz以实现高速逻辑运算；所述激光发射电路(1)包括与所述高速FPGA控制电路(8)产生高精度差分窄脉冲信号的输出端连接的脉冲驱动电路(9)、以及与所述脉冲驱动电路(9)的输出端连接的脉冲激光二极管(10)，所述脉冲驱动电路(9)用于接收所述高速FPGA控制电路(8)产生的高精度差分窄脉冲信号并将该信号进行调制放大以驱动所述脉冲激光二极管(10)发射出激光；所述回波采集电路(2)包括用于接收物体反射激光并将其转化成微弱电流输出的雪崩二极管(11)、与所述雪崩二极管(11)的A极连接用于将所述雪崩二极管(11)输入的电流转化成电压信号并将该电压信号进行放大输出的I/V增益放大电路(12)、与所述I/V增益放大电路(12)的电压信号输出端连接并对该I/V增益放大电路(12)输出的电压信号进行整形分离并输出上升沿信号和回波宽度信号的时刻鉴别电路(13)；所述25Khz数字滤波电路(3)分别与所述时刻鉴别电路(13)、时差测量电路(4)和高速FPGA控制电路(8)连接，用于将所述时刻鉴别电路(13)输出的上升沿信号和回波宽度信号进行带通滤波，以滤除参杂的高频信号和超低频率信号同时获得与发射激光频率一致的回波宽度信号，并将该回波宽度信号输送至所述时差测量电路(4)；所述时差测量电路(4)通过所述激光发射触发电路(14)与所述脉冲激光二极管(10)连接，同时所述时差测量电路(4)还与所述高速FPGA控制电路(8)进行SPI通信，所述激光发射触发电路(14)将流过所述脉冲激光二极管(10)的电流信号利用高速运放电路放大并整形成TTL电平信号，同时将该TTL电平信号输入至所述时差测量电路(4)的START端，所述时差测量电路(4)用于接收所述TTL电平信号、由所述时刻鉴别电路(13)输出的STOP信号、以及与发射激光频率一致的回波宽度信号，并对所述TTL电平信号和所述STOP信号之间的上升沿信号、以及与发射激光频率一致的回波宽度信号的宽度进行精准时差测量，以得到上升沿时差和回波宽度并实时将该上升沿时差和回波宽度通过SPI通信传输至所述高速FPGA控制电路(8)，所述高速FPGA控制电路(8)预先存储好标准上升沿时差和标准回波宽度，同时根据补偿公式对所述上升沿时差进行补偿，以使所述回波宽度稳定在某一状态，进而将存在的盲区距离降低到零；所述回波补偿电路(5)包括PWM驱动电路(15)、高压采集电路(16)和温度补偿电路(17)，所述APD驱动电路(6)的输出端与所述雪崩二极管(11)的触发极连接，所述高压采集电路(16)的输入端和输出端分别与所述APD驱动电路(6)和所述高速FPGA控制电路(8)连接，用于实时采集所述APD驱动电路(6)的高压信息并将所采集的高压信息实时反馈给所述高速FPGA控制电路(8)；所述温度补偿电路(17)的输入端与所述APD驱动电路(6)连接，同时所述温度补偿电路(17)还与所述高速FPGA控制电路(8)进行信号交换，用于实时采集所述APD驱动电路(6)当前的环境温度信号并实时将该温度信号反馈给所述高速FPGA控制电路(8)；所述PWM驱动电路(15)的输入端与所述高速FPGA控制电路(8)产生25khz占空比可调的PWM频率信号的输出端连接，其输出端与所述APD驱动电路(6)的输入端连接，所述高速FPGA控制电路(8)根据所述温度补偿电路(17)实时反馈的APD驱动电路(6)环境温度、所述高压采集电路(16)实时反馈的高压信息、以及所述时差测量电路(4)反馈的经过精确测量后的回波宽度进行输出PWM的占空比调节，从而达到灵活调节所述APD驱动电路(6)输出高压的目的；所述精密光学模组(7)包括圆柱形固定框架(18)、均设于所述固定框架(18)内的激光发射模组(19)和激光接收模组(20)，所述激光发射模组(19)位于所述脉冲激光二极管(10)的激光发射端并用于将所述脉冲激光二极管(10)发射的激光进行扩束聚焦后投射至被测物体，所述激光接收模组(20)位于所述雪崩二极管(11)前端并用于将所述脉冲激光二极管(10)所发射激光经过被测物体反射后的激光进行聚焦并光学滤波后投射至所述述雪崩二极管(11)。...

【技术特征摘要】
1.一种零盲区测距系统，其特征在于：包括激光发射电路(1)、回波采集电路(2)、激光发射触发电路(14)、25Khz数字滤波电路(3)、时差测量电路(4)、回波补偿电路(5)、APD驱动电路(6)、精密光学模组(7)、以及可产生高精度差分窄脉冲信号和产生25khz占空比可调的PWM频率的高速FPGA控制电路(8)，所述高速FPGA控制电路(8)主要负责高速逻辑运算并通过外部高速高精度晶振将所述高速FPGA控制电路(8)内部频率提高至上百兆hz以实现高速逻辑运算；所述激光发射电路(1)包括与所述高速FPGA控制电路(8)产生高精度差分窄脉冲信号的输出端连接的脉冲驱动电路(9)、以及与所述脉冲驱动电路(9)的输出端连接的脉冲激光二极管(10)，所述脉冲驱动电路(9)用于接收所述高速FPGA控制电路(8)产生的高精度差分窄脉冲信号并将该信号进行调制放大以驱动所述脉冲激光二极管(10)发射出激光；所述回波采集电路(2)包括用于接收物体反射激光并将其转化成微弱电流输出的雪崩二极管(11)、与所述雪崩二极管(11)的A极连接用于将所述雪崩二极管(11)输入的电流转化成电压信号并将该电压信号进行放大输出的I/V增益放大电路(12)、与所述I/V增益放大电路(12)的电压信号输出端连接并对该I/V增益放大电路(12)输出的电压信号进行整形分离并输出上升沿信号和回波宽度信号的时刻鉴别电路(13)；所述25Khz数字滤波电路(3)分别与所述时刻鉴别电路(13)、时差测量电路(4)和高速FPGA控制电路(8)连接，用于将所述时刻鉴别电路(13)输出的上升沿信号和回波宽度信号进行带通滤波，以滤除参杂的高频信号和超低频率信号同时获得与发射激光频率一致的回波宽度信号，并将该回波宽度信号输送至所述时差测量电路(4)；所述时差测量电路(4)通过所述激光发射触发电路(14)与所述脉冲激光二极管(10)连接，同时所述时差测量电路(4)还与所述高速FPGA控制电路(8)进行SPI通信，所述激光发射触发电路(14)将流过所述脉冲激光二极管(10)的电流信号利用高速运放电路放大并整形成TTL电平信号，同时将该TTL电平信号输入至所述时差测量电路(4)的START端，所述时差测量电路(4)用于接收所述TTL电平信号、由所述时刻鉴别电路(13)输出的STOP信号、以及与发射激光频率一致的回波宽度信号，并对所述TTL电平信号和所述STOP信号之间的上升沿信号、以及与发射激光频率一致的回波宽度信号的宽度进行精准时差测量，以得到上升沿时差和回波宽度并实时将该上升沿时差和回波宽度通过SPI通信传输至所述高速FPGA控制电路(8)，所述高速FPGA控制电路(8)预先存储好标准上升沿时差和标准回波宽度，同时根据补偿公式对所述上升沿时差进行补偿，以使所述回波宽度稳定在某一状态，进而将存在的盲区距离降低到零；所述回波补偿电路(5)包括PWM驱动电路(15)、高压采集电路(16)和温度补偿电路(17)，所述APD驱动电路(6)的输出端与所述雪崩二极管(11)的触发极连接，所述高压采集电路(16)的输入端和输出端分别与所述APD驱动电路(6)和所述高速FPGA控制电路(8)连接，用于实时采集所述APD驱动电路(6)的高压信息并将所采集的高压信息实时反馈给所述高速FPGA控制电路(8)；所述温度补偿电路(17)的输入端与所述APD驱动电路(6)连接，同时所述温度补偿电路(17)还与所述高速FPGA控制电路(8)进行信号交换，用于实时采集所述APD驱动电路(6)当前的环境温度信号并...

【专利技术属性】
技术研发人员：冉银春，郭忠华，孙家强，余江，孙长征，
申请(专利权)人：成都微光云科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51