一种激光雷达脉冲峰值自适应检测和拟合测距系统技术方案

本发明专利技术涉及主动式遥感技术领域，公开了一种激光雷达脉冲峰值自适应检测和拟合测距系统，该系统包括改进恒比定时模块、峰值保持和主控采样模块、驱动比较模块以及时刻鉴别拟合模块，所述改进恒比定时模块与峰值保持和主控采样模块以及驱动比较模块连接，峰值保持和主控采样模块与驱动比较模块连接，驱动比较模块与时刻鉴别拟合模块连接。本发明专利技术通过系统各模块的信号处理，输出保持接收信号幅值特性和具有陡峭上升沿特性的矩形脉冲信号，同时输出脉冲幅值精准数据，并采用此矩形脉冲信号触发时刻鉴别信号，显著减少由于不同输入幅值的信号的上升沿到达固定阈值时间不同而造成的行走误差，最终通过时间数字转换和拟合修正，实现精准测距。精准测距。精准测距。

【技术实现步骤摘要】
一种激光雷达脉冲峰值自适应检测和拟合测距系统


[0001]本专利技术涉及主动式遥感
，具体涉及一种激光雷达脉冲峰值自适应检测和拟合测距系统。

技术介绍

[0002]激光雷达技术主要用于主动式遥感领域，具有精度高、抗干扰能力强、探测范围广等优势，随着激光技术的不断发展，雷达往往工作在较大的距离区间。激光雷达的发射脉冲具有窄脉宽、高重频的特点，使得接收信号的采集难度大、易损耗，并且对检测电路的处理速度和响应时间要求极高。当被探测目标距激光发射器较远时，则回波信号微弱，光电探测器输出的电信号也十分微弱。因此，如何减小行走误差、提高测距精度和准确检测出接收脉冲峰值，是现阶段面临处理的难题。
[0003]现有的激光雷达主要是通过雪崩光电二极管APD将接收到的激光由光信号转换成电流信号，采用可变跨导放大器TIA进行I/V转换，得到接收脉冲并传输至接下来的时刻鉴别系统。根据现有的研究成果，典型的信号时刻鉴别系统主要有三种：
[0004]第一种是前沿时刻鉴别法。采用高速比较器将输入脉冲信号与设定的参考电压相比较，在输入脉冲信号大于参考电压的瞬间产生触发信号，记录接收脉冲的时刻。由于接收脉冲幅值动态范围较大，采用该方法接收脉冲的幅值变化会产生不可忽略的测距行走误差，影响测距精度。
[0005]第二种是过零时刻鉴别法。通过将单极性的脉冲信号转化为双极性信号，利用过零比较器来记录激光接收脉冲的时刻点，过零时刻鉴别技术对输入信号的幅度变化不敏感，可解决脉冲幅值变化所引起的测量行走误差。但是过零时刻鉴别法受脉冲峰值点附近的斜率影响，而且脉宽的大小也会带来测量的误差。
[0006]第三种是恒比定时鉴别法。将输入信号分为两路，其中一路进行衰减，另外一路进行延时，采用高速比较器对两路信号进行比较，并将两路信号恰好相等的时刻作为接收脉冲的时刻。该方法对于一定幅值范围内的信号具有比较好的应用效果。但是恒比定时鉴别系统中高精度延时系统的设计存在一定的困难，现有采用的是RC/LC网络延时或延时线，分别存在着波形失真和延时线较长的问题。同时，该方法无法减小大动态范围输入信号产生的时间抖动误差，会产生不可忽略的测距行走误差。
[0007]在激光雷达窄脉冲信号的检测方面，根据现有的研究成果，目前针对窄脉冲检测方式存在直接采集和间接采集两种采集方法。
[0008]直接采集方法主要是通过高速模数转换器ADC对高频信号进行采样，采用这种方法准确性较高，但是缺点也很明显。首先高速ADC价格非常高昂，大大提高了设计和应用成本；其次由于高速ADC采样频率较高，若采用普通的处理器进行处理，将无法及时分析高速ADC所采集的数据，即使采用FPGA进行数据处理也会非常困难。
[0009]间接采集方法主要是通过对激光雷达接收窄脉冲进行预先处理，完成对信号的峰值保持和ADC，进而降低ADC采集性能要求和处理器处理能力。其设计空间大、设计成本低的
优势使得该方法逐渐广为投入使用。然而由于峰值保持过程存在电压缓慢下降的现象，采样时刻的不合理将导致幅值数据不准确。
[0010]综上所述，现有时刻鉴别方案存在着测距精度不足、行走误差较大的问题，现有窄脉冲峰值检测方案存在着直接采样困难、间接采样不准确的问题，为此我们提出了激光雷达脉冲峰值自适应检测和拟合测距系统。

技术实现思路

[0011](一)解决的技术问题
[0012]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种激光雷达脉冲峰值自适应检测和拟合测距系统，以解决上述的问题。
[0013](二)技术方案
[0014]为实现上述所述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0015]一种激光雷达脉冲峰值自适应检测和拟合测距系统，包括改进恒比定时模块、峰值保持和主控采样模块、驱动比较模块以及时刻鉴别拟合模块，所述改进恒比定时模块与峰值保持和主控采样模块以及驱动比较模块连接，峰值保持和主控采样模块与驱动比较模块连接，驱动比较模块与时刻鉴别拟合模块连接。
[0016]优选的，所述改进恒比定时模块由两级反馈放大器OPA2652组成延时电路、固定增益放大器AD8009组成放大电路、双路高速比较器TLV3501组成高速比较电路和单稳态触发器74LV123组成同步触发电路构成，延时电路以及放大电路均与高速比较电路连接，高速比较电路与同步触发电路连接。
[0017]优选的，所述峰值保持和主控采样模块由跨导放大器、肖特基二极管、保持电容、电压缓冲器及获取同步触发信号和峰值保持信号的主控采样单元构成，跨导放大器包括与激光雷达前端连接的一级跨导放大器和二级跨导放大器，电压缓冲器与主控采样单元连接，主控采样单元与同步触发电路连接。
[0018]优选的，所述驱动比较模块由用于获取初始驱动信号的逻辑非门器、获取峰值保持信号的高速开关NMOS管、获取幅值特性矩形脉冲信号的高速比较器和与高速比较器连接的电压跟随器构成。
[0019]优选的，所述时刻鉴别拟合模块由时间数字转换器GP22、主控单元和终端拟合设备构成，时间数字转换器将激光雷达发射START信号作为开始信号，接收端接收并产生的时刻鉴别STOP信号作为停止信号。
[0020](三)有益效果
[0021]与现有技术相比，本专利技术提供了激光雷达脉冲峰值自适应检测和拟合测距系统，具备以下有益效果：
[0022]1、该激光雷达脉冲峰值自适应检测和拟合测距系统，将高斯脉冲信号进行峰值保持，通过驱动NMOS管的高速导通截止实现截取幅值稳定部分，产生带有高斯脉冲信号幅值稳定特性的矩形脉冲信号，其具有陡峭的上升沿和下降沿特性，采用此信号通过比较器触发时刻鉴别信号，由此显著减小由于不同幅值高斯脉冲信号到达固定阈值时刻不同所造成的行走误差，实现精准测距。
[0023]2、该激光雷达脉冲峰值自适应检测和拟合测距系统，通过两级峰值保持电路的充
放电部分的容值差异，来实现快充电、精确幅值和长时间保持，最后通过同步触发信号触发主控进行A/D转换输出幅值数据。同时，通过带有稳定高斯脉冲信号幅值特性的矩形脉冲信号进行示波器峰值读取，实现准确读取双重保障。
[0024]3、该激光雷达脉冲峰值自适应检测和拟合测距系统，提供的放大和延迟方案具有延迟波形不失真以及同一时刻放大信号和延迟信号的差值较大的优势，实现了对于触发比较器的时刻误差范围的压缩，并且保证了两路信号交点的同一性。
[0025]4、该激光雷达脉冲峰值自适应检测和拟合测距系统，采用两级跨导型峰值保持电路，通过改进两路充放电电路的差异性，使得第一级峰值保持主要实现快速充电和准确保持峰值的功能，第二级峰值保持主要实现长时间准确保持峰值的功能。
[0026]5、该激光雷达脉冲峰值自适应检测和拟合测距系统，改进恒必定时模块输出初始驱动信号，该信号所处时期为峰值准确保持时期，经过逻辑非门进行幅值翻转获得驱动信号。当峰值保持信号处于幅值上升阶段或处于幅值逐渐下垂阶段时，NMOS管导通，输出信号接地为零；当峰值保持信号处于准确峰值保持阶段，NMOS本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达脉冲峰值自适应检测和拟合测距系统，其特征在于，其包括改进恒比定时模块、峰值保持和主控采样模块、驱动比较模块以及时刻鉴别拟合模块，所述改进恒比定时模块与峰值保持和主控采样模块以及驱动比较模块连接，峰值保持和主控采样模块与驱动比较模块连接，驱动比较模块与时刻鉴别拟合模块连接。2.根据权利要求1所述的激光雷达脉冲峰值自适应检测和拟合测距系统，其特征在于：所述改进恒比定时模块由两级反馈放大器OPA2652组成延时电路、固定增益放大器AD8009组成放大电路、双路高速比较器TLV3501组成高速比较电路和单稳态触发器74LV123组成同步触发电路构成，延时电路以及放大电路均与高速比较电路连接，高速比较电路与同步触发电路连接。3.根据权利要求1所述的激光雷达脉冲峰值自适应检测和拟合测距系统，其特征在于：所述峰值保持和主控采样模块由...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭铭威，魏巍，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：