一种脉冲激光回波信号调理电路及脉冲式激光扫描系统技术方案

本发明专利技术公开了一种脉冲激光回波信号调理电路，其包括有：饱和信号检测与自复位单元，用于当脉冲激光回波信号的宽度和幅度达到预设值时输出锁定状态的电平信号，当下一脉冲激光发射信号输入结束后输出复位状态的电平信号；时间衰减控制信号产生单元，用于根据所述饱和信号检测与自复位单元的输出信号产生衰减因子为M＝4π×(t×C)2的控制信号；可调衰减器单元，用于衰减脉冲激光回波信号的幅度；阻抗变换单元，用于对其输入端和输出端进行阻抗匹配；限幅放大器单元，用于将其输入的模拟信号转换成数字信号后输出。本发明专利技术能获得最佳信噪比，后级信号衰减比例可调，可提高测量距离和测距精度。

A pulse laser echo signal conditioning circuit and pulse laser scanning system

The invention discloses a pulse laser echo signal conditioning circuit, which comprises a saturation signal detection and self-reset unit for outputting a level signal of a locked state when the width and amplitude of the pulse laser echo signal reach a preset value, and outputting a level of a reset state when the input of the next pulse laser echo signal ends. A signal; a time attenuation control signal generating unit for generating a control signal whose attenuation factor is M=4pi*t*C)2 according to the output signal of the saturation signal detection and self-reset unit; an adjustable attenuator unit for attenuating the amplitude of the pulse laser echo signal; an impedance transformation unit for its input and output ends Impedance matching; limiter amplifier unit for converting analog input signal into digital output. The invention can obtain the best signal-to-noise ratio, adjust the attenuation ratio of the post-stage signal, and improve the measuring distance and the ranging accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种脉冲激光回波信号调理电路及脉冲式激光扫描系统
本专利技术涉及激光雷达、激光扫描仪、激光测距仪等设备，尤其涉及一种脉冲激光回波信号调理电路及脉冲式激光扫描系统。
技术介绍
脉冲式激光扫描仪是在发射时开始计时，并利用近外红激光照射到目标后反射回来，再通过接收镜把光信号转换成电信号，该电信号作为计时的结束信号，可计算激光在空中飞行的时间，再根据飞行时间计算出目标的距离，是目前一种最快速测距的方法。发射及接收装置与可以旋转的反射镜组合在一起，随着反射镜旋转，可以在非常短的时间完成线阵式的距离测量，搭配飞机、无人机、车载，可以快速的对地形、建筑物、隧道、大型设备的表面进行测量、建模，在地质勘探、土方测量、植被覆盖率测量、电力巡线、公路平整度测量方面都有广泛应用。脉冲式激光扫描仪工作在人眼不可见的近红外波段，光线对其影响不明显，隐蔽性好，在激光制导、战术测距也有大量使用。脉冲式激光扫描仪国内在民用领域起步比较晚，主要受制于大功率窄脉冲激光器的制造以及脉冲激光回波信号处理难度大。回波信号在远近不同距离时，激光能量相差几个数量级，信号不易处理，回波信号处理不好，测量到的激光飞行时间误差大，影响到测量的精度，所以对激光回波信号的处理以及回波信号转换成数字信号并准确提取激光到达的时间，是非常重要的。目前国内的脉冲式激光扫描仪，在测量距离上比较近，测量精度上误差比较大，对脉冲激光回波信号处理采用的方法包括：1、采用固定增益式回波处理电路；2是采用前端光电转换电路采用小增益，后级再采用可调增益放大器方法；3采用自动增益式回波处理电路。其中：方法1，固定增益法。在满足较强近距离信号不能失真和过饱和条件，远距离的信号会太小以至后级数字甄别电路识别出，测距比较近。远近不同距离时信号幅值差别很大，后级的数字甄别电路提取的信号信息精度低。方法2，采用前端增益较小的光电转换电路，后级再使用可调增益的放大器方法，因为回波信号的信噪声比主要由前级电路决定，前级增益越大，信噪比越高。后级增益增益时，噪声也会被放大。该方法实施的电路，远处回波的噪声大于近处的回波的噪声。时间甄别电路对远近不同回波信号，提取的时间信息精度也不高。后级增益增加了噪声，测到飞点也会多。方法3，采用自动增益式回波处理电路，由于激光扫描仪的激光发出时是经过旋转反射镜发射的，连续两次的激光照射到目标是不同的，并不能以前次的激光回信强度来判定这一次激光回波强度，自动增益控制的方法在距离层次差别大的交界处丢失近距离目标的距离信息。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种能获得最佳信噪比、后级信号衰减比例可调、可提高测量距离、测距精度高的脉冲激光回波信号调理电路及脉冲式激光扫描系统。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案。一种脉冲激光回波信号调理电路，其包括有：一饱和信号检测与自复位单元，其输入端接入脉冲激光回波信号和脉冲激光发射信号，所述饱和信号检测与自复位单元用于：当脉冲激光回波信号的宽度和幅度达到预设值时输出锁定状态的电平信号，当下一脉冲激光发射信号输入结束后输出复位状态的电平信号；一时间衰减控制信号产生单元，其输入端连接于饱和信号检测与自复位单元的输出端，所述时间衰减控制信号产生单元用于根据所述饱和信号检测与自复位单元的输出信号产生衰减因子为M＝4π×(t×C)2的控制信号，其中，t是脉冲激光发射信号结束后至脉冲激光回波信号到来时的时间差，C是光速；一可调衰减器单元，其输入端用于接入脉冲激光回波信号，其控制端连接于所述时间衰减控制信号产生单元的输出端，所述可调衰减器单元用于衰减脉冲激光回波信号的幅度；一阻抗变换单元，其输入端连接于可调衰减器单元的输出端，所述阻抗变换单元用于对其输入端和输出端进行阻抗匹配；一限幅放大器单元，其输入端连接于阻抗变换单元的输出端，所述限幅放大器单元用于将其输入的模拟信号转换成数字信号后输出。优选地，所述饱和信号检测与自复位单元包括有比较器U1、NPN管Q8、NPN管Q3、二极管D1和二极管D2，所述比较器U1的反相端连接有电阻R7、电阻R5和电阻R6，所述电阻R7的另一端用于接入脉冲激光回波信号，所述电阻R5的另一端连接高电位，所述电阻R6的另一端连接于NPN管Q3的集电极，所述NPN管Q3的发射极接地，所述NPN管Q3的基极连接于比较器U1的输出端，所述比较器U1的同相端连接有电阻R11、电阻R13和电阻R15，所述电阻R11的另一端连接高电位，所述电阻R15的另一端接地，所述电阻R13的另一端连接于NPN管Q8的集电极，所述NPN管Q8的发射极接地，所述NPN管Q8的基极连接有电阻R17，所述电阻R17的另一端与二极管D2的阳极相互连接后用于接入脉冲激光发射信号，所述比较器U1的输出端连接于二极管D1的阳极，所述二极管D1的阴极和二极管D2的阴极相互连接后作为所述饱和信号检测与自复位单元的输出端。优选地，所述NPN管Q3的基极与比较器U1的输出端之间连接有电阻R1。优选地，所述电阻R5并联有电容C5。优选地，所述时间衰减控制信号产生单元包括有NPN管Q6、NPN管Q7、PNP管Q4和PNP管Q5，所述NPN管Q6的基极连接有电阻R9，所述电阻R9的另一端作为时间衰减控制信号产生单元的输入端，所述NPN管Q6的发射极接地，所述NPN管Q6的集电极通过电阻R3而连接于高电位，所述NPN管Q6的集电极还通过依次串联的电阻R10和电阻R16而连接于负压电位，所述电阻R10和电阻R16的连接点与所述NPN管Q7的基极相连接，所述NPN管Q7的发射极连接于负压电位，所述NPN管Q7的集电极通过依次串联的电阻R8和电阻R2接地，所述电阻R8和电阻R2的连接点与PNP管Q4的基极相连接，所述PNP管Q4的发射极接地，所述PNP管Q4的集电极通过电阻R12连接于负压电位，所述PNP管Q4的集电极还连接于PNP管Q5的基极，所述PNP管Q5的发射极接地，所述PNP管Q5的集电极通过电阻R14连接于负压电位，所述PNP管Q5的集电极作为所述时间衰减控制信号产生单元的输出端。优选地，所述PNP管Q5的基极与发射极之间连接有电阻R4。优选地，所述电阻R14并联有电容C6。优选地，所述可调衰减器单元包括有依次串联的可调衰减器Q1和可调衰减器Q2，所述可调衰减器Q1的控制端和可调衰减器Q2的控制端均连接于时间衰减控制信号产生单元的输出端。优选地，所述阻抗变换单元包括有传输线变压器，所述阻抗变换单元用于将脉冲激光回波信号由50欧的单端信号转换成50欧的差分信号。一种脉冲式激光扫描系统，其包括有激光发射单元、回波信号接收单元、监控信号接收单元、监控信号调理单元、回拨信号调理单元和激光脉冲计时单元，所述激光发射单元的脉冲激光发射信号依次经过监控信号接收单元和监控信号调理单元而传输至回拨信号调理单元与激光脉冲计时单元，所述激光发射单元发射的脉冲激光经反射后传输至回波信号接收单元，所述回波信号接收单元输出的脉冲激光回波信号传输至回拨信号调理单元，所述回拨信号调理单元输出的激光回拨信号传输至激光脉冲计时单元，所述回拨信号调理单元包括上述脉冲激光回波信号调理电路。本专利技术公开的脉冲激光回波信号调理电路，其能够在前端光电转换电路满足信号带宽时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脉冲激光回波信号调理电路，其特征在于，包括有：一饱和信号检测与自复位单元(210)，其输入端接入脉冲激光回波信号和脉冲激光发射信号，所述饱和信号检测与自复位单元(210)用于：当脉冲激光回波信号的宽度和幅度达到预设值时输出锁定状态的电平信号，当下一脉冲激光发射信号输入结束后输出复位状态的电平信号；一时间衰减控制信号产生单元(220)，其输入端连接于饱和信号检测与自复位单元(210)的输出端，所述时间衰减控制信号产生单元(220)用于根据所述饱和信号检测与自复位单元(210)的输出信号产生衰减因子为M＝4π×(t×C)2的控制信号，其中，t是脉冲激光发射信号结束后至脉冲激光回波信号到来时的时间差，C是光速；一可调衰减器单元(230)，其输入端用于接入脉冲激光回波信号，其控制端连接于所述时间衰减控制信号产生单元(220)的输出端，所述可调衰减器单元(230)用于衰减脉冲激光回波信号的幅度；一阻抗变换单元(240)，其输入端连接于可调衰减器单元(230)的输出端，所述阻抗变换单元(240)用于对其输入端和输出端进行阻抗匹配；一限幅放大器单元(250)，其输入端连接于阻抗变换单元(240)的输出端，所述限幅放大器单元(250)用于将其输入的模拟信号转换成数字信号后输出。...

【技术特征摘要】
1.一种脉冲激光回波信号调理电路，其特征在于，包括有：一饱和信号检测与自复位单元(210)，其输入端接入脉冲激光回波信号和脉冲激光发射信号，所述饱和信号检测与自复位单元(210)用于：当脉冲激光回波信号的宽度和幅度达到预设值时输出锁定状态的电平信号，当下一脉冲激光发射信号输入结束后输出复位状态的电平信号；一时间衰减控制信号产生单元(220)，其输入端连接于饱和信号检测与自复位单元(210)的输出端，所述时间衰减控制信号产生单元(220)用于根据所述饱和信号检测与自复位单元(210)的输出信号产生衰减因子为M＝4π×(t×C)2的控制信号，其中，t是脉冲激光发射信号结束后至脉冲激光回波信号到来时的时间差，C是光速；一可调衰减器单元(230)，其输入端用于接入脉冲激光回波信号，其控制端连接于所述时间衰减控制信号产生单元(220)的输出端，所述可调衰减器单元(230)用于衰减脉冲激光回波信号的幅度；一阻抗变换单元(240)，其输入端连接于可调衰减器单元(230)的输出端，所述阻抗变换单元(240)用于对其输入端和输出端进行阻抗匹配；一限幅放大器单元(250)，其输入端连接于阻抗变换单元(240)的输出端，所述限幅放大器单元(250)用于将其输入的模拟信号转换成数字信号后输出。2.如权利要求1所述的脉冲激光回波信号调理电路，其特征在于，所述饱和信号检测与自复位单元(210)包括有比较器U1、NPN管Q8、NPN管Q3、二极管D1和二极管D2，所述比较器U1的反相端连接有电阻R7、电阻R5和电阻R6，所述电阻R7的另一端用于接入脉冲激光回波信号，所述电阻R5的另一端连接高电位，所述电阻R6的另一端连接于NPN管Q3的集电极，所述NPN管Q3的发射极接地，所述NPN管Q3的基极连接于比较器U1的输出端，所述比较器U1的同相端连接有电阻R11、电阻R13和电阻R15，所述电阻R11的另一端连接高电位，所述电阻R15的另一端接地，所述电阻R13的另一端连接于NPN管Q8的集电极，所述NPN管Q8的发射极接地，所述NPN管Q8的基极连接有电阻R17，所述电阻R17的另一端与二极管D2的阳极相互连接后用于接入脉冲激光发射信号，所述比较器U1的输出端连接于二极管D1的阳极，所述二极管D1的阴极和二极管D2的阴极相互连接后作为所述饱和信号检测与自复位单元(210)的输出端。3.如权利要求2所述的脉冲激光回波信号调理电路，其特征在于，所述NPN管Q3的基极与比较器U1的输出端之间连接有电阻R1。4.如权利要求2所述的脉冲激光回波信号调理电路，其特征在于，所述电阻R5并联有电容C5。5.如权利要求1所述的脉冲激光回波信号调理电路，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：李韦廷，唐丹，潘文武，虞静，唐海龙，王瑜婵，
申请(专利权)人：深圳天眼激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44