一种星载大气激光雷达PMT探测装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种星载大气激光雷达PMT探测装置，包括依次电连接的PMT探测模块、放大调理模块、滤波器模块，与放大调理模块电连接的直流偏置调节模块，与PMT探测模块电连接的高压模块，温度采集模块和低压电源模块，增益链路采用跨阻放大器、高低增益通道协同、多级放大器级联的增益链结构，同时采用模拟去除探测通道直流偏置的方法，用以提升探测灵敏度与动态范围；PMT分压电路每级电阻分别并联电容，尤其是后三级电容容值呈锥形递增设计，保证了PMT探测器输出信号的线性度。本发明专利技术具有较高的环境适应性，并且可以在实际使用中做相应的系统备份，既适用于星载、机载和一般的地面大气激光雷达，同样可以适用于其它激光雷达系统以及微弱光信号探测场合。微弱光信号探测场合。微弱光信号探测场合。

【技术实现步骤摘要】
一种星载大气激光雷达PMT探测装置


[0001]本专利技术涉及测量测试
，具体涉及一种星载大气激光雷达PMT探测装置。

技术介绍

[0002]激光雷达是一种新型的主动式遥感仪器，上世纪六十年代，激光雷达(Light Detection And Ranging-LIDAR)一出现，很快被应用于主动距离测量、风场测量、大气遥感等领域。
[0003]大气探测激光雷达的探测目标为大气中的分子、气溶胶、云层等，不仅需要处理高空大气稀薄分子的弱回波，还必须处理云层的强回波以及云层下方的低空气溶胶回波，根据探测目标特性和其存在高度分布，其回波能量有6个数量级的差异。在激光雷达研制过程中，大动态、高灵敏的微弱信号探测及处理技术成为一个亟需解决的技术难题。
[0004]要实现大动态、高灵敏的微弱信号探测，高性能的光电探测器是必备条件，目前可实现光子量级的成熟探测器主要有雪崩光电二极管(APD)和光电倍增管(PMT)两类。APD具有体积小、重量轻，工作电压低的特点，而且响应速度快，动态范围大，抗干扰能力强，但内增益不够高，暗电流较大，使得其探测微弱信号的能力受到限制。相比而言，PMT虽然尺寸稍大，但是增益比APD高很多，而且本身的暗电流相对较小，探测灵敏度极高，能够探测光子量级的微弱信号。因此，PMT与APD相比在大气激光探测领域具有一定的优势，大气激光雷达PMT探测装置的研制需求也更加迫切。

技术实现思路

[0005]本专利技术是为了解决解决星载大气激光雷达接收光信号高灵敏、大动态、高线性度的探测问题,提供一种星载大气激光雷达PMT探测装置，增益链路采用跨阻放大器、高低增益通道协同、多级放大器级联的增益链结构，同时采用模拟去除探测通道直流偏置的方法，用以提升探测灵敏度与动态范围；PMT分压电路每级电阻分别并联电容，尤其是后三级电容容值呈锥形递增设计，保证了PMT探测器输出信号的线性度，本专利技术具有较高的环境适应性，并且可以在实际使用中做相应的系统备份，既适用于星载、机载和一般的地面大气激光雷达，同样可以适用于其它激光雷达系统以及微弱光信号探测场合。
[0006]本专利技术提供一种星载大气激光雷达PMT探测装置，包括依次电连接的PMT探测模块、放大调理模块、滤波器模块，与放大调理模块电连接的直流偏置调节模块和与PMT探测模块电连接的高压模块；
[0007]PMT探测模块用于探测接收光信号，PMT探测模块用于将光信号进行光电转换形成电流信号，PMT探测模块用于将电流信号输出至放大调理模块，放大调理模块用于接收电流信号，放大调理模块用于将电流信号进行电压转换放大及去除直流偏置形成高增益电压信号和低增益电压信号，放大调理模块用于将高增益电压信号和低增益电压信号输出至滤波器模块，滤波器模块用于接收高增益电压信号进行带外噪声抑制后向外界输出高增益模拟信号，滤波器模块用于接收低增益电压信号进行带外噪声抑制后向外界输出低增益模拟信
号，直流偏置调节模块用于根据当前探测信号的直流分量产生抵消因背景光带来直流偏置的同样幅值与相位的直流偏置调节模拟信号，直流偏置调节模块用于将直流偏置调节模拟信号输出至放大调理模块，高压模块用于为PMT探测模块提供可调节的偏置高压并向外界输出高压遥测信号；
[0008]放大调理模块包括与PMT探测模块电连接的跨阻放大器，与跨阻放大器分别级联的第一级高增益放大器、第一级低增益放大器，与第一级高增益放大器电连接的第二级高增益放大器和与第一级低增益放大器电连接的第二级低增益放大器，第二级高增益放大器、第二级低增益放大器均与直流偏置调节模块电连接；
[0009]跨阻放大器用于接收电流信号并进行电压转换及电压初步放大，第一级高增益放大器用于进行高增益进一步放大，第一级低增益放大器用于进行低增益进一步放大，第二级高增益放大器和第二级低增益放大器用于根据直流偏置调节模块提供的模拟信号去除直流偏置并分别输出高增益电压信号和低增益电压信号。
[0010]本专利技术所述的一种星载大气激光雷达PMT探测装置，作为优选方式，滤波器模块包括用于接收高增益电压信号进行带外噪声抑制后向外界输出高增益模拟信号的第一滤波器和用于接收低增益电压信号进行带外噪声抑制后向外界输出低增益模拟信号的第二滤波器，第一滤波器与第二级高增益放大器电连接，第二滤波器与第二级低增益放大器电连接；
[0011]直流偏置调节模块包括电连接的第一数字模拟转换器、第一放大器，电连接的第二数字模拟转换器、第二放大器，第一放大器与第二级高增益放大器电连接，第二放大器与第二级低增益放大器电连接。
[0012]本专利技术所述的一种星载大气激光雷达PMT探测装置，作为优选方式，跨阻放大器提供基础增益50V/A，第一级高增益放大器放大倍数为40倍，第一级低增益放大器放大倍数为4倍，第二级高增益放大器和第二级低增益放大器为减法放大器；
[0013]第一滤波器和第二滤波器均使用无源低通贝塞尔滤波器，滤波器阶数为5阶、截止频率为3
±
0.5MHz；
[0014]第一数字模拟转换器、第二数字模拟转换器包括SPI接口的12bit数字模拟转换器，第一放大器、第二放大器为输出信号范围为-2～+2V的轨到轨放大器。
[0015]本专利技术所述的一种星载大气激光雷达PMT探测装置，作为优选方式，PMT探测模块包括与跨阻放大器电连接的PMT探测器和与PMT探测器电连接的分压电路，分压电路与高压模块电连接，PMT探测器为光电倍增管。
[0016]本专利技术所述的一种星载大气激光雷达PMT探测装置，作为优选方式，分压电路包括与PMT探测器倍增级对应的多级分压电路，每级分压电路均包含分压电阻，每个分压电阻都分别并联电容且排列在后部的电容容值为锥形递增。
[0017]本专利技术所述的一种星载大气激光雷达PMT探测装置，作为优选方式，PMT探测器为倍增级10级、响应波长范围为230～870nm的光电倍增管，分压电路为10级、每级分压电阻为330K、前七级电容为0.1uF/500V、后三级电容容值为锥形递增。
[0018]本专利技术所述的一种星载大气激光雷达PMT探测装置，作为优选方式，高压模块包括用于接收外部SPI指令并输出高压模拟信号的第三数字模拟转换器、与第三数字模拟转换器电连接的接收高压模拟信号并向PMT探测模块输出线性高压的高压电源、与高压电源电
连接的多级电阻分压和与多级电阻分压电连接用于输出高压遥测信号的放大器，高压电源与PMT探测模块电连接。
[0019]本专利技术所述的一种星载大气激光雷达PMT探测装置，作为优选方式，高压模拟信号为0～2.4V，线性高压为0～-1200V，多级电阻分压为12级功率电阻分压，高压遥测信号为0～4.096V。
[0020]本专利技术所述的一种星载大气激光雷达PMT探测装置，作为优选方式，还包括与PMT探测器连接用于将PMT探测器的温度变化转换为温度遥测信号输出的温度采集模块和用于电源转换并提供低压电源的低压电源模块；
[0021]温度采集模块包括与PMT探测器连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种星载大气激光雷达PMT探测装置，其特征在于：包括依次电连接的PMT探测模块(1)、放大调理模块(2)、滤波器模块(3)，与所述放大调理模块(2)电连接的直流偏置调节模块(4)和与所述PMT探测模块(1)电连接的高压模块(5)；所述PMT探测模块(1)用于探测接收光信号，所述PMT探测模块(1)用于将所述光信号进行光电转换形成电流信号，所述PMT探测模块(1)用于将所述电流信号输出至所述放大调理模块(2)，所述放大调理模块(2)用于接收所述电流信号，所述放大调理模块(2)用于将所述电流信号进行电压转换放大及去除直流偏置形成高增益电压信号和低增益电压信号，所述放大调理模块(2)用于将所述高增益电压信号和所述低增益电压信号输出至所述滤波器模块(3)，所述滤波器模块(3)用于接收所述高增益电压信号进行带外噪声抑制后向外界输出高增益模拟信号，所述滤波器模块(3)用于接收所述低增益电压信号进行带外噪声抑制后向外界输出低增益模拟信号，所述直流偏置调节模块(4)用于根据当前探测信号的直流分量产生抵消因背景光带来直流偏置的同样幅值与相位的直流偏置调节模拟信号，所述直流偏置调节模块(4)用于将所述直流偏置调节模拟信号输出至所述放大调理模块(2)，所述高压模块(5)用于为所述PMT探测模块(1)提供可调节的偏置高压并向外界输出高压遥测信号；所述放大调理模块(2)包括与所述PMT探测模块(1)电连接的跨阻放大器(21)，与所述跨阻放大器(21)分别级联的第一级高增益放大器(22)、第一级低增益放大器(23)，与所述第一级高增益放大器(22)电连接的第二级高增益放大器(24)和与所述第一级低增益放大器(23)电连接的第二级低增益放大器(25)，所述第二级高增益放大器(24)、第二级低增益放大器(25)均与所述直流偏置调节模块(4)电连接；所述跨阻放大器(21)用于接收所述电流信号并进行电压转换及电压初步放大，所述第一级高增益放大器(22)用于进行高增益进一步放大，所述第一级低增益放大器(23)用于进行低增益进一步放大，所述第二级高增益放大器(24)和所述第二级低增益放大器(25)用于根据所述直流偏置调节模块(4)提供的所述模拟信号去除直流偏置并分别输出所述高增益电压信号和所述低增益电压信号。2.根据权利要求1所述的一种星载大气激光雷达PMT探测装置，其特征在于：所述滤波器模块(3)包括用于接收所述高增益电压信号进行带外噪声抑制后向外界输出高增益模拟信号的第一滤波器(31)和用于接收所述低增益电压信号进行带外噪声抑制后向外界输出低增益模拟信号的第二滤波器(32)，所述第一滤波器(31)与所述第二级高增益放大器(24)电连接，所述第二滤波器(32)与所述第二级低增益放大器(25)电连接；所述直流偏置调节模块(4)包括电连接的第一数字模拟转换器(41)、第一放大器(42)，电连接的第二数字模拟转换器(43)、第二放大器(44)，所述第一放大器(42)与所述第二级高增益放大器(24)电连接，所述第二放大器(44)与所述第二级低增益放大器(25)电连接。3.根据权利要求2所述的一种星载大气激光雷达PMT探测装置，其特征在于：所述跨阻放大器(21)提供基础增益50V/A，所述第一级高增益放大器(22)放大倍数为40倍，所述第一级低增益放大器(23)放大倍数为4倍，所述第二级高...

【专利技术属性】
技术研发人员：时志云，潘超，赵一鸣，张玉石，刘宇哲，赵艳，梅艳鹏，
申请(专利权)人：航天长征火箭技术有限公司，
类型：发明
国别省市：