CN107678010A - 脉冲激光雷达的多阶高通容阻时刻鉴别电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种脉冲激光雷达的多阶高通容阻时刻鉴别电路。包括高通滤波电路、高速采样电路、高速比较电路、门电路和控制器，高通滤波电路中，输入脉冲信号转换成双极性信号并输出；高速采样电路采样滤波输出信号并传给控制器；门电路一与高通滤波电路反向并联，门电路二串联在高通滤波电路输出端和高速比较器的同相输入端；控制器分析滤波输出数据并控制门电路一和门电路二的选通状态；高速比较器的反向输入端接零电平，高速比较器的转态发生于两输入信号相等的时刻，高速比较器的输出信号为所鉴别出的激光回波时刻。本发明能够有效压缩因回波信号上升沿和噪声干扰引起的定时漂移误差，提高时刻鉴别精度。

Description

脉冲激光雷达的多阶高通容阻时刻鉴别电路
技术领域
本发明涉及激光雷达领域，特别涉及一种高精度时刻鉴别电路，应用于激光测量领域。
技术背景
随着激光雷达技术的发展，激光测量精度越来越高，其中脉冲激光测距发展迅速，应用范围广。脉冲激光测量通过激光器发射激光，经目标物体反射被接收端接收，接收***测量出激光往返的时间，并计算出激光雷达与目标的距离。激光雷达作为一种主动探测传感器，具有结构简单、精度高、抗干扰性能强等优点，在军事、工业制造以及社会生活的各方面得到了广泛应用。
时刻鉴别电路是确定回波信号到达激光雷达接收器的时刻。传统的时刻鉴别方法有前沿时刻鉴别、恒比定时鉴别和高通容阻时刻鉴别；前沿时刻鉴别精度受阈值的影响，阈值偏高或偏低会带来漏检和虚警；恒比定时鉴别需要较宽的回波信号，当回波信号脉宽很小时，对测量电子器件性能要求高；高通容阻时刻鉴别将单极性信号转变成双极性信号，通过零点比较确定定时点在回波信号峰值点，但时间漂移较大。为了能够同时解决回波信号上升沿时间变化和幅值引起的定时漂移误差，有必要对上述时刻鉴别电路进行改进提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种脉冲激光雷达的多阶高通容阻时刻鉴别电路，能够有效避免因回波信号上升沿时间变化和幅值引起的定时漂移误差，压缩定时误差，降低漏检和虚警概率，提高时刻鉴别的精度，从而进一步有效提高脉冲激光测量的精度。
为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：一种脉冲激光雷达的多阶高通容阻时刻鉴别电路，包括高通滤波电路、高速采样电路、高速比较电路、门电路和控制器；高通滤波电路中，输入脉冲信号转换成双极性信号并输出；高速采样电路对滤波输出信号采样；门电路一与高通滤波电路反向并联，门电路二串联在高通滤波电路输出端和高速比较器的同相输入端；控制器分析滤波输出数据并控制门电路一和门电路二的选通状态；高速比较器的反向输入端接零电平，高速比较器的转态发生于两输入信号相等的时刻，高速比较器的输出信号为所鉴别出的激光回波时刻。
本发明的有益效果是：采用一种脉冲激光雷达的多阶高通容阻时刻鉴别电路，包括高通滤波电路、高速采样电路、高速比较电路、门电路和控制器相结合，高通滤波电路针对回波信号斜率特征进行微分操作，降低了漏检和虚警概率；控制器分析滤波输出数据，控制滤波操作的阶数，提高了定时精度；一方面，高通滤波电路避免了激光回波脉冲幅度变化引起的漏检和虚警，使时刻鉴别操作不受回波幅度变化的影响；另一方面，控制器与高速采样电路相结合，能有效获取高通滤波输出信号的脉宽、上升沿时间等数据，通过设定参数来控制滤波次数，可避免高通滤波操作次数过多而产生时刻鉴别错误；本发明适合于高能量的窄脉冲和大距离范围的探测，能够克服波形变化和噪声干扰引起的定时误差。
附图说明
图1为本发明原理图。
图2为本发明多阶高通容阻时刻鉴别的输入与输出信号的关系图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
实施例：
结合图1，一种脉冲激光雷达的多阶高通容阻时刻鉴别电路包括高通滤波电路、高速采样电路、高速比较电路、门电路和控制器，高通滤波电路中，输入脉冲信号转换成双极性信号并输出；高速采样电路采样滤波输出信号并通过总线传给控制器；门电路一与高通滤波电路反向并联，门电路二串联在高通滤波电路输出端和高速比较器的同相输入端；控制器分析滤波输出数据并控制门电路一和门电路二的选通状态；高速比较器的反向输入端接零电平，高速比较器的转态发生于两输入信号相等的时刻，高速比较器的输出信号为所鉴别出的激光回波时刻。
结合图1，高通滤波电路包括电容C1和电阻R1，电容C1的第一端作为信号的输入，电容C1的第二端与电阻R1的第一端相连；门电路一的输入端与电阻R1的第二端相连，门电路一的输出端与电容C1的第一端相连，门电路一的控制端与控制器相连，门电路二的输入端与电阻R1的第二端相连，门电路二的输出端与高速比较器的同向输入端相连，门电路二的控制端与控制器相连；高速比较器的反向输入端与零电平相连；高速采样电路的同向偏压接10V直流电源，反向偏压接零电平，时钟源接+5V/100Hz～2GHz时钟信号，信号采样输入端连接电阻R1的第二端，采样输出端与控制器数据接收端相连，高速采样电路使能端与电阻R2的第一端相连；控制器电源端接+5V TTL电平，接地端接地，控制输出端分别与电阻R2的第二端、门电路一的控制端和门电路二的控制端相连。
结合图1，门电路一和门电路二起始状态为截止，高通滤波电路对输入信号进行高通滤波，输出信号由高速采样器采样，控制器将采样数据包含的滤波输出信号的脉宽、幅值、上升沿时间等特征数据与预先设置的阈值作比较，当满足阈值时，控制器控制门电路一导通，门电路二截止，信号再次进行高通滤波操作，继续进行采样分析和控制，当不满足阈值时，控制器控制门电路一截止，门电路二导通，滤波输出信号进入高速比较器与零电平进行比较，输出定时点信号。
结合图2，确定高通滤波阶数限制阈值，设定回波第一峰值点为定时点，最小上升沿时间为Tmin，最小信号幅值为Vmin，最终的高通滤波次数满足且Tn＜Tmin，式中k为滤波次数，λ为高通滤波电路衰减系数，V为回波信号幅度，Tn为最后一次滤波输出信号的上升沿时间。假定回波信号的幅度为5V，最小信号幅值为500μV，高通滤波电路衰减系数为0.97，则计算可得最大滤波次数为3。此时所确定的电路参数为：电阻R1为1欧姆，电阻R2为2欧姆，电容C1为1皮法。
结合图2，根据理论分析和实验验证，多阶高通容阻时刻鉴别电路的输入和输出波形如图2所示，图中Vi(t)为输入信号波形，V1(t)为一阶高通滤波输出信号，V2(t)为二阶高通滤波输出信号，V3(t)为最终高通滤波输出信号，V3(t)经过高速比较器输出时刻鉴别触发脉冲信号Vo(t)。

Claims (3)

1.一种脉冲激光雷达的多阶高通容阻时刻鉴别电路，包括高通滤波电路、高速采样电路、高速比较电路、门电路和控制器,其特征在于所述高通滤波电路中，输入脉冲信号转换成双极性信号并输出；高速采样电路对滤波输出信号采样；门电路一与高通滤波电路反向并联，门电路二串联在高通滤波电路输出端和高速比较器的同相输入端；控制器分析滤波输出数据并控制门电路一和门电路二的选通状态；高速比较器的反向输入端接零电平，高速比较器的转态发生于两输入信号相等的时刻，高速比较器的输出信号为所鉴别出的激光回波时刻。
2.根据权利要求1所述的脉冲激光雷达的多阶高通容阻时刻鉴别电路，其特征在于所述高通滤波电路包括电容C1和电阻R1，电容C1的第一端作为信号的输入，电容C1的第二端与电阻R1的第一端相连；门电路一的输入端与电阻R1的第二端相连，门电路一的输出端与电容C1的第一端相连，门电路一的控制端与控制器相连，门电路二的输入端与电阻R1的第二端相连，门电路二的输出端与高速比较器的同向输入端相连，门电路二的控制端与控制器相连；高速比较器的反向输入端与零电平相连；高速采样电路的同向偏压接10V直流电源，反向偏压接零电平，时钟源接+5V/100Hz~2GHz时钟信号，信号采样输入端连接电阻R1的第二端，采样输出端与控制器数据接收端相连，高速采样电路的数据位宽为8~64位，高速采样电路使能端与电阻R2的第一端相连；控制器电源端接+5V TTL电平，接地端接地，控制输出端分别与电阻R2的第二端、门电路一的控制端和门电路二的控制端相连。
3.根据权利要求2所述的脉冲激光雷达的多阶高通容阻时刻鉴别电路，其特征在于所述门电路一和门电路二起始状态为截止，高通滤波输出信号由高速采样器采样，并通过总线传给控制器，控制器根据采样数据获得滤波输出信号相关特征数据，并与预先设置的阈值作比较，以此控制门电路一和门电路二的选通状态。
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