一种差分时刻鉴别的拟合时刻鉴别系统技术方案

本发明专利技术属于激光雷达测量技术领域，公开了一种差分时刻鉴别的拟合时刻鉴别系统，其包括接收信号放大模块、自动增益控制模块、恒比定时鉴别模块、差分时刻预鉴别模块、逻辑判定模块和MCU拟合模块。本发明专利技术可以通过差分时刻预鉴别系统滤除噪声引起的误触发，并很好的解决幅度游动效应和上升时间游动效应，且对脉冲幅值不敏感，不会因电流或电压信号的瞬时尖峰和凹陷而受到影响，解决了由上升时间游动效应所引起的晃动误差，能提高测距精度。能提高测距精度。能提高测距精度。

【技术实现步骤摘要】
一种差分时刻鉴别的拟合时刻鉴别系统


[0001]本专利技术涉及激光雷达测量
，具体涉及一种差分时刻鉴别的拟合时刻鉴别系统。

技术介绍

[0002]激光雷达技术是一种主动式遥感技术手段,可用于探测空间目标,获取被测目标的高程信息,记录物体表面散射的强度数据以及图像轮廓信息,从而为反演出地表参数提供了可能。在激光雷达三维测绘
,激光雷达测距是探测空间目标信息的核心技术。与其他测距方法相比,脉冲激光测量法将被测目标距离换算为发射脉冲与接收脉冲之间的飞行时间,简单快捷,测量范围大并且功耗小。但是对于近程动态范围内的目标,脉冲激光测量法的测距精度关键在于脉冲信号时刻点的鉴别,其鉴别精度直接影响测距性能，因此如何减小行走误差和时间抖动误差提高信号时刻鉴别的精度是一直以来的热点。根据现有研究成果,典型的信号时刻鉴别方法主要有三种：第一种是前沿时刻鉴别法,又称固定阈值时刻鉴别法,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,但是由于阈值的偏高或者偏低会导致漏检或虚警的问题，且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；第二种是高通容阻时刻鉴别法,又称过零时刻鉴别法，利用高通滤波器将单极性的脉冲信号转化为双极性信号,即把钟形脉冲信号的峰值点转化为类正弦信号的零点,后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；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，若在使用该方法前进行预鉴别，可以滤除噪声引起的误触发,且对脉冲幅值不敏感,能够产生比较理想的触发信号,减小由于脉冲幅值或者上升时间的变化而引起的行走误差。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种差分时刻鉴别的拟合时刻鉴别系统，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]一种差分时刻鉴别的拟合时刻鉴别系统，包括：接收信号放大模块、自动增益控制模块、恒比定时鉴别模块、差分时刻预鉴别模块、逻辑判定模块和MCU拟合模块。
[0006]优选地，所述信号接收放大模块，包括APD通断控制单元与跨阻放大单元，信号接收放大模块通过APD雪崩光电二极管将所接收到的光脉冲信号转化为电信号，采用雪崩光电二极管APD将接收到的脉冲信号转化为电流信号，光电流转化为电压信号由跨阻放大电路单元完成并将其输入至自动增益控制模块。
[0007]优选地，所述的一种差分时刻鉴别的拟合时刻鉴别系统，还包括自动增益与恒比定时鉴别模块，在恒比定时鉴别前级采用自动增益控制单元控制输入CFD模块信号的动态范围，自动增益控制部分主要采用两片可变增益放大器AD603级联构成，采用两级AD603和利用反馈控制技术实现具有自动增益控制的放大电路，其中反馈电路为峰值检波电路，峰值检波电路由两片小信号三极管级联组成，通过两个三极管之间的集电极电流之差来控制AD603的增益大小，在时间测量模块中利用AGC技术可控制回波信号的增益大小，恒比定时鉴别部分，主要由衰减电路、延时电路和比较器组成，该系统将AGC输出信号分两路作为恒比定时模块的输入信号，一路进入衰减单元，另一路进入延时单元，并将两单元输出送至高速比较器，当延时信号大于衰减信号时，将触发高速比较器，即取两路信号上升沿的交点为时刻鉴别点，得到初始的时刻鉴别信号为STOP1。
[0008]优选地，所述差分时刻鉴别模块，包括两路电压反馈运算放大器OPA2652组成的差分电路和高速比较器，将信号接收放大系统输出的单端脉冲信号分为两路进入电压反馈运算放大单元中，得到差分信号，差分信号进入高速比较器中得到预鉴别的时刻鉴别信号STOP2。
[0009]优选地，所述逻辑判别与MCU拟合模块，包括逻辑与门单元和MCU拟合单元，将自动增益与恒比定时鉴别模块所产生的初始时刻鉴别信号STOP1所生成的初始时刻鉴别信号STOP1和预鉴别的时刻鉴别信号STOP2输入逻辑与门单元，当两信号均为高电平的时候触发逻辑门，逻辑门输出信号的上升沿所在的时间便为最终的信号时刻鉴别点STOP，鉴别信号上升沿较短且稳定，因此再一次减小了行走误差。
[0010]优选地，所述的MCU拟合单元，包括TDC计时单元，TDC计时单元主要由TDC计时芯片GP
‑
22与STM32F103ZET6组成，首先TDC计时芯片GP
‑
22将STM32F103ZET6所产生脉冲激光信号的触发信号START与上述逻辑门产生的信号时刻鉴别信号STOP作为输入，输出得到脉冲激光的飞行时间，并通过计算得到测量距离，将系统所通过计算得到LD激光发射系统与所测量目标之间的距离，将上述得到的LD激光发射模块与测量目标之间的测量距离与LD激光发射模块与测量目标之间的实际距离的数据进行MATLB拟合，得到本时刻鉴别系统处理得到的测量距离与实际测量点与目标之间距离的函数关系，测量距离与实际距离的函数关系S＝a*x+b，其中a是测量数据的权值，b是补偿常数，将所得到的拟合函数烧录至单片机实现自动拟合。
[0011]本专利技术具备以下有益效果：
[0012]在目前已有的高精度信号时刻鉴别系统中和的系统误差包括：行走误差、固定时延误和时钟频率漂移误差等，随机误差：时间抖动误差、非线性误差、数字电路上升沿抖动误差等。本专利技术就属于一种恒比定时鉴别法与过零时刻鉴别法的结合，并通过终端对数据进行处理而得到的高精度测距方法。
[0013]相比于现有的时刻鉴别系统，前沿鉴时系统存在着幅度时间游动效应和上升时间游动效应，恒比定时鉴别法也会由上升时间游动效应所引起测量误差。本专利技术所述一种激光雷达信号时刻鉴别方法，可以通过差分时刻预鉴别系统滤除噪声引起的误触发，并很好的解决幅度游动效应和上升时间游动效应，且对脉冲幅值不敏感，不会因电流或电压信号的瞬时尖峰和凹陷而受到影响，再结合恒比定时鉴别系统所产生的初始时刻鉴别信号STOP1，通过逻辑判定单元最终得到比较理想的时刻鉴别信号STOP，解决了由上升时间游动
效应所引起的晃动误差。利用TDC计时芯片将时刻鉴别信号STOP与LD触发信号START进行处理，得到测量激光脉冲信号的飞行时间，最后通过终端MCU拟合模块计算数字电路自带的抖动标准差进行校准得到实际距离与测量距离二者的函数关系并重新将拟合得到的测距程序烧录到MCU完成系统的自动拟合，减小数字电路上升沿抖动误差。同时通过计算均方根进行非线性误差修正。通过上述方法测距精度得到提高。
附图说明
[0014]图1是本专利技术实施例拟合时刻鉴别系统的整体模块结构组成与流程示意图；
[0015]图2是本专利技术实施例的差分时刻鉴别模块结构组成与流程本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种差分时刻鉴别的拟合时刻鉴别系统，其特征在于，包括接收信号放大模块、自动增益控制模块、恒比定时鉴别模块、差分时刻预鉴别模块、逻辑判定模块和MCU拟合模块。2.根据权利要求1所述的差分时刻鉴别的拟合时刻鉴别系统，其特征在于，所述信号接收放大模块，包括APD通断控制单元与跨阻放大单元，信号接收放大模块通过APD雪崩光电二极管将所接收到的光脉冲信号转化为电信号，采用雪崩光电二极管APD将接收到的脉冲信号转化为电流信号，光电流转化为电压信号由跨阻放大电路单元完成并将其输入至自动增益控制块。3.根据权利要求1所述的差分时刻鉴别的拟合时刻鉴别系统，其特征在于，还包括自动增益与恒比定时鉴别模块，在恒比定时鉴别前级采用自动增益控制单元控制输入CFD模块信号的动态范围，自动增益控制部分主要采用两片可变增益放大器AD603级联构成，采用两级AD603和利用反馈控制技术实现具有自动增益控制的放大电路，其中反馈电路为峰值检波电路，峰值检波电路由两片小信号三极管级联组成，通过两个三极管之间的集电极电流之差来控制AD603的增益大小，在时间测量模块中利用AGC技术可控制回波信号的增益大小，恒比定时鉴别部分，主要由衰减电路、延时电路和比较器组成，该系统将AGC输出信号分两路作为恒比定时模块的输入信号，一路进入衰减单元，另一路进入延时单元，并将两单元输出送至高速比较器，当延时信号大于衰减信号时，将触发高速比较器，即取两路信号上升沿的交点为时刻鉴别点，得到初始的时刻鉴别信号为STOP1。4.根据权利要求1所述的差分时刻鉴别的拟合时刻鉴别系统，其特征在于，所述差分时刻鉴别模块，包括两路电压反馈运算放大器OPA2652组成的差分电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏巍，廖一镓，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：