CN110850427A - 可用于激光雷达的放大电路、激光雷达、控制方法 - Google Patents

可用于激光雷达的放大电路、激光雷达、控制方法 Download PDF

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Abstract

本公开提供一种可用于激光雷达的放大电路、激光雷达、可用于激光雷达的控制方法。所述可用于激光雷达的放大电路，包括：可变增益放大器，配置成可接收输入信号，并输出放大的信号；增益调节单元，所述增益调节单元与所述可变增益放大器耦接，并配置成根据所述放大的信号，调节所述可变增益放大器的增益。本发明能够解决激光雷达的放大电路中由于信号幅度不同引起的定时误差。

Description

可用于激光雷达的放大电路、激光雷达、控制方法
技术领域
本公开涉及激光领域，特别提供一种可用于激光雷达的放大电路、激光雷达、可用于激光雷达的控制方法。
背景技术
在激光测距技术中，发射相同的激光脉冲，测量不同位置不同反射率的物体，接收到脉冲的幅度会有几十倍的差异，如采用固定阈值的定时方法，触发时刻的游走将会很大。
如图1所示，其中示出了固定阈值带来的定时误差。三个脉宽相同、幅度不同的回波脉冲(回波信号的脉宽代表了信号的强弱，脉宽前沿主要用于得到回波信号的时间，信号的强弱和目标物的距离反射率以及发射脉冲的强度等有关)，在同一电平V0处触发，其相应的触发时刻t1、t2和t3是不同的，这就带来了定时误差。根据过阈值的时间进行处理就是回波信号的实际返回时间。如果每个回波过阈时间都不同，后续处理起来特别麻烦；如果都是同时，那么后续不需要针对每个回波进行校正来得到实际返回时间。
另外，在电路设计中，过阈值触发功能通常是通过比较器实现的。比较器的传播延迟会受输入信号幅度大小和边沿斜率的影响，通常输入信号的幅度越大，边沿斜率越大，比较器的传播延迟越小，这也会引入定时误差。
目前一般采用恒比定时(constant fraction discrimination，CFD)的方法来处理信号幅度不同引起的定时误差的问题。CFD触发方式，即在波形的固定比例处触发，从而使不同幅度的波形具有接近的触发时刻。
常用的CFD实现方式如下：输入信号被分为两路，一路信号按一定比例f缩小，一路信号经过一个延迟td，幅度大小不变。选择特定的延迟时间，可以使延迟td后的脉冲和衰减f倍的脉冲在脉冲顶部相交，交点即为恒比定时点，恒比系数为f。
上述的CFD方案存在一些缺点。首先，延迟td和信号上升沿有关，不同信号幅度，上升沿的变化很大，如果td采用固定值会带来很大误差。另外，如第一部分所述，比较器的传播延时会受限于输入信号幅度和斜率，CFD不能解决比较器带来的定时误差。
发明内容
本公开提供一种可用于激光雷达的放大电路、激光雷达、可用于激光雷达的控制方法，以解决激光雷达的放大电路中由于信号幅度不同引起的定时误差。
一方面，本发明提供一种可用于激光雷达的放大电路，包括：
可变增益放大器，配置成可接收输入信号，并输出放大的信号；
增益调节单元，所述增益调节单元与所述可变增益放大器耦接，并配置成根据所述放大的信号，调节所述可变增益放大器的增益。
根据本发明的另一方面，所述放大电路还包括多个比较器，所述多个比较器分别具有不同的比较阈值，输入端分别耦接到所述可变增益放大器的输出端以接收所述放大的信号，所述多个比较器的输出端耦接到所述增益调节单元，所述增益调节单元从而根据所述多个比较器的输出调节所述可变增益放大器的增益。
根据本发明的另一方面，所述输入信号包括多组回波脉冲信号，每组回波脉冲信号包括多个回波脉冲，所述增益调节单元配置成：在每组回波脉冲信号中的第一个回波脉冲输入到所述可变增益放大器之后，根据所述第一个回波脉冲被放大后的幅值，调节所述可变增益放大器的增益。
根据本发明的另一方面，所述放大电路包括三个比较器，所述三个比较器的比较阈值分别为VFS/2、VFS/4和VFS/8，其中VFS是所述可变增益放大器的最大幅度输出范围。
根据本发明的另一方面，所述增益调节单元还配置成：在每组回波脉冲信号的最后一个回波脉冲输入后，将所述可变增益放大器的增益复位到其初始值。
根据本发明的另一方面，所述增益调节单元配置成：调节所述可变增益放大器的增益以使得每组回波脉冲中所述第一个回波脉冲以外的其他回波脉冲被所述可变增益放大器放大后的幅值接近，
其中所述初始值为所述可变增益放大器的增益可调范围的最小值
本发明还提供一种激光雷达，包括：
信号接收单元，所述信号接收单元配置成可接收雷达回波并转换为电信号；和
放大电路，所述放大电路与所述信号接收单元耦接并接收所述电信号，所述放大电路包括：
可变增益放大器，配置成可接收电信号，并输出放大的信号；
增益调节单元，所述增益调节单元与所述可变增益放大器耦接，并配置成根据所述放大的信号，调节所述可变增益放大器的增益。
根据本发明的另一方面，所述放大电路还包括多个比较器，所述多个比较器分别具有不同的比较阈值，输入端分别耦接到所述可变增益放大器的输出端以接收所述放大的信号，所述多个比较器的输出端耦接到所述增益调节单元，所述增益调节单元从而根据所述多个比较器的输出调节所述可变增益放大器的增益。
根据本发明的另一方面，所述的激光雷达还包括发射单元，所述发射单元配置成可产生多组的多脉冲激光信号并发射到所述激光雷达的外部，所述发射单元与所述放大电路的增益调节单元耦接，并在产生每组多脉冲激光信号前，产生一复位信号，所述增益调节单元根据所述复位信号，将所述可变增益放大器的增益复位为其初始值。
根据本发明的另一方面，对应于所述多组的多脉冲激光信号，所述电信号包括多组回波脉冲信号，每组回波脉冲信号包括多个回波脉冲，所述增益调节单元配置成：在每组回波脉冲信号中的第一个脉冲输入到所述可变增益放大器之后，根据所述第一个回波脉冲被放大后的幅值，调节所述可变增益放大器的增益。
根据本发明的另一方面，所述放大电路包括三个比较器，所述三个比较器的比较阈值分别为VFS/2、VFS/4和VFS/8，其中VFS是所述可变增益放大器的最大幅度输出范围，所述增益调节单元根据所述三个比较器的输出调节所述可变增益放大器的增益，所述比较器具有一定延迟。
根据本发明的另一方面，所述多脉冲激光信号为双脉冲激光信号，所述激光雷达还包括计算单元，所述计算单元配置成以所述双脉冲激光信号中第二个发射脉冲的发射时刻为起始时间，以所述多个比较器中比较阈值最小的一个比较器产生输出的时刻为终止时间，以所述起始时间与所述终止时间之间的时间差为飞行时间来计算目标距离。
根据本发明的另一方面，所述增益调节单元配置成：调节所述可变增益放大器的增益以使得每组回波脉冲中所述第一个回波脉冲以外的其他回波脉冲被所述可变增益放大器放大后的幅值接近，
其中所述初始值为所述可变增益放大器的增益可调范围的最小值
本发明还提供一种可用于激光雷达的控制方法，包括：
接收第一雷达回波脉冲，通过可变增益放大器放大，产生放大的信号；
根据所述放大的信号，调节所述可变增益放大器的增益；和
接收第二雷达回波脉冲，通过所述可变增益放大器进行放大。
根据本发明的另一方面，所述控制方法还包括：
在接收所述第一雷达回波脉冲之前，将所述可变增益放大器的增益复位为其初始值，所述初始值优选为所述可变增益放大器的增益可调范围的最小值。
根据本发明的另一方面，所述控制方法还包括：产生双脉冲激光信号并发射到所述激光雷达的外部，其中所述双脉冲激光信号包括第一发射脉冲和第二发射脉冲，所述第一雷达回波脉冲和第二雷达回波脉冲分别对应于所述第一发射脉冲和第二发射脉冲；
其中所述将可变增益放大器的增益复位为其初始值的步骤包括：在产生所述双脉冲激光信号前，产生一复位信号，将所述可变增益放大器的增益复位为其初始值。
根据本发明的另一方面，所述控制方法还包括：
以所述第二发射脉冲的发射时刻为起始时间，以所述多个比较器中比较阈值最小的一个比较器产生输出的时刻为终止时间，以所述起始时间与所述终止时间之间的时间差为飞行时间来计算目标距离。
本发明中，增益调节单元可以实时调节可变增益放大器的增益，使得可变增益放大器输入的每组回波脉冲被所述可变增益放大器放大后的幅值接近，从而能够解决激光雷达的放大电路中由于信号幅度不同引起的定时误差。
附图说明
构成本公开的一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：
图1为现有技术中激光测距技术中固定阈值带来的定时误差示意图；
图2为本发明一实施例中可用于激光雷达的放大电路的示意图；
图3为本发明所述的一种可用于激光雷达的控制方法的流程示意图；
图4为本发明应用场景的多脉冲自动增益调节激光测距***的实现电路示意图；
图5为图4中双脉冲自动增益调节激光测距***的波形示意图。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本公开的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本公开的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
以下结合附图对本公开的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本公开，并不用于限定本公开。
在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"，可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
图2示出了根据本发明一个实施例的激光雷达10，其中包括信号接收单元1、发射单元2、以及放大电路4(如图2中的虚线框所示)。其中，发射单元2例如包括一个或多个激光器，可向激光雷达的外部发射出探测光束。探测光束在激光雷达外部障碍物上发生漫反射，部分反射光束被所述信号接收单元1所接收(可称为雷达回波)。信号接收单元1包括一个或多个光电探测器，诸如光电二极管或者雪崩式光电二极管APD或SiPM，其可以将接收到的雷达回波转换为电信号并进行输出，例如电压信号或者电流信号。放大电路4与所述信号接收单元1耦接并接收所述电信号。通常，所述信号接收单元1产生的电信号比较微弱，因而需要进行放大，以便于进行后续的数据采集、模数转换等操作处理。下面首先详细描述放大电路4的结构和工作方式。
如图2所述示，放大电路4包括可变增益放大器41和增益调节单元42，其中可变增益放大器41与激光雷达10的信号接收单元1耦接，从而可以从所述信号接收单元1接收输入信号，即所述信号接收单元1输出的电信号，经放大后输出放大的信号。所述增益调节单元42与所述可变增益放大器41耦接，配置成根据所述放大的信号调节所述可变增益放大器42的增益。本领域技术人员容易理解，本发明中“放大的信号”是指经过可变增益放大器41输出的信号。由于可变增益放大器41的增益是可调节的，因此其并非表示输出信号的幅值必须大于输入信号。所述可变增益放大器41的增益是可以动态调节的，调节的范围例如可以包括1。当增益为1时，可变增益放大器41的输入与输出可以是相等的。这也在本发明的保护范围内。
根据本发明的一个优选实施例，激光雷达10还可以包括固定增益的放大器(未示出)，其可以集成在所述信号接收单元1中，或者耦接在信号接收单元1与可变增益放大器41之间，用于对光电探测器产生的电信号进行一级放大。在进行一级放大之后，电信号被提供给可变增益放大器41进行二级放大。
上述实施例中，增益调节单元42可以实时调节可变增益放大器41的增益，这可以带来显著的优点。例如，在激光雷达10中，发射单元2的一个激光器的一次发射并非是仅发射一个探测光脉冲，而是通常可以发射两个或更多个探测光脉冲。与此相对应的，信号接收单元接收到的一个雷达回波中同样会包括多个回波脉冲，与发射端的脉冲数目相对应。以三个回波脉冲为例，可称为第一回波脉冲、第二回波脉冲和第三回波脉冲。通过图2所示的放大电路4，所述可变增益放大器41首先接收到第一回波脉冲，处理后输出放大的第一回波脉冲(此时可变增益放大器41的增益可以为1，也可以大于1)，增益调节单元42可以根据输出的放大的第一回波脉冲，来动态地调节可变增益放大器41的增益，以使得接下来的第二回波脉冲和第三回波脉冲能够得到适当的放大，例如确保第二回波脉冲和第三回波脉冲在经过可变增益放大器放大之后的幅值接近。
以下详细描述根据本发明一个优选实施例，增益调节单元42如何根据所述放大的信号调节所述可变增益放大器41的增益。
如图2所示，放大电路4还包括多个比较器43，所述多个比较器43分别具有不同的比较阈值，多个比较器43的输入端分别耦接到所述可变增益放大器41的输出端以接收所述放大的信号，例如接收上述经过放大的第一回波脉冲。所述多个比较器43的输出端耦接到所述增益调节单元42。每个比较器43具有不同的比较阈值，例如从小到大的多个比较阈值。每个比较器将该放大的第一回波脉冲与其本身的比较阈值相比较，例如当放大的第一回波脉冲高于比较阈值时，该比较器可以输出码元1；当小于比较阈值时，该比较器可以输出码元0。因此多个比较器可以输出包括多个码元的序列，根据该码元的序列，可以大致判断所述放大的第一回波脉冲大致位于什么范围。以图2中所示的三个比较器43为例进行说明，比较器1、比较器2、比较器3的比较阈值例如分别为VFS/2、VFS/4和VFS/8，其中VFS是所述可变增益放大器41的最大幅度输出范围。当三个比较器输出的码元序列为111时，表明所述放大的第一回波脉冲的幅值高于VFS/2；当输出的码元序列为011时，表明所述放大的第一回波脉冲的幅值在VFS/4与VFS/2之间；当输出的码元序列为001时，表明所述放大的第一回波脉冲的幅值在VFS/8与VFS/4之间；当输出的码元序列为000时，表明所述放大的第一回波脉冲的幅值低于VFS/8。
本领域技术人员容易理解，所述比较器43的数目和比较阈值可以根据需要设定。例如当需要更精确地调节可变增益放大器的增益时，可以设置更多数目的比较器43，从而相邻比较器43之间的阈值可以更为接近，使得可以更细微地调节可变增益放大器的增益。这些都在本发明的保护范围内。
如上所述，所述多个比较器43的输出序列可表征所述放大的信号的幅值范围。所述增益调节单元42从而根据所述多个比较器43的输出调节所述可变增益放大器41的增益。例如，当所述放大的第一回波脉冲介于VFS/8和VFS/4之间时，可以设置增益放大器41的增益为4；当所述放大的第一回波脉冲介于VFS/4和VFS/2之间，可以设置增益放大器41的增益为2；当所述放大的第一回波脉冲介于VFS和VFS/2之间，可以设置增益放大器41的增益为1。增益调节单元42在第二回波脉冲到达之前实现完成对增益放大器41的增益调节，因此不同信号幅度的输入，例如输入的第二个脉冲和第三个脉冲，经放大后的幅度范围总是落在VFS和VFS/2之间，也就是每组回波脉冲中所述第一个回波脉冲以外的其他回波脉冲被所述可变增益放大器41放大后的幅值接近，从而定时误差可以忽略。根据本发明的一个实施例，当其他回波脉冲被所述可变增益放大器41放大后的幅值之间的差异在20％以内时，可以认为二者是接近的。本领域技术人员容易理解，上述范围可以根据***精度来确定，当***精度要求高时，差异可以限制在10％或15％以内，即差异小于等于10％或15％的情况下，才能认定二者是接近的；当***精度要求不那么高时，可以适当放大该差异的要求，例如25％或30％或40％，均可认为二者是接近的。
本领域技术人员容易理解，上述的可变增益放大器41的增益数值1、2、4，并非是指其放大倍数的绝对值，而是指其相对的放大倍数。例如，该增益数值1、2、4可以是可变增益放大器的初始增益数值的倍数。例如当可变增益放大器以初始增益数值对第一回波脉冲进行放大之后的幅值介于VFS/4和VFS/2之间时，增益调节单元42可以将可变增益放大器41的增益调节为其初始增益数值的两倍。
另外，根据本发明的一个优选实施例，其中所述增益调节单元42还配置成：在每组回波脉冲信号的最后一个回波脉冲输入后，将所述可变增益放大器42的增益复位到其初始值，所述初始值例如为所述可变增益放大器的增益可调范围的最小值。另外，发射单元在每组探测脉冲发射之前可以产生一个复位信号，增益调节单元42根据该复位信号，可以将可变增益放大器41的增益复位为1。
上述实施例中，当进行激光测距时，发射单元发送多脉冲，在接收端，利用前面的回波脉冲信息改变增益，使后面的回波脉冲被放大到理想值，从而消除脉冲幅度不同引起的定时误差。另外，本发明结构较简单，实时性好。能够有效抑制激光测距应用中，脉冲幅度不同引起的定时误差，同时抑制脉冲幅度不同引起比较器的传播延迟变化，从而得到更精确的测距结果。
上述实施例中，增益调节单元42可以实时调节可变增益放大器41的增益，使得可变增益放大器41输入的每组回波脉冲中的除第一个脉冲被所述可变增益放大器41放大后的幅值接近，例如每组回波脉冲中的第一个脉冲以初始增益被放大，后面的回波脉冲信号根据需求实时调整，从而能够解决激光雷达的放大电路4中由于信号幅度不同引起的定时误差。
根据本发明的一个优选实施例，所述激光雷达10还包括计算单元(未示出)，用于根据探测脉冲和回波脉冲之间的时间间隔来计算障碍物的距离。例如当所述发射单元2发射双脉冲激光信号时，所述计算单元可以以所述双脉冲激光信号中第二个发射脉冲的发射时刻为起始时间，以所述多个比较器43中比较阈值最小的一个比较器探测到第二回波脉冲(即产生对应于第二回波脉冲的输出)的时刻为终止时间，以所述起始时间与所述终止时间之间的时间差为飞行时间来计算目标距离，从而可以实现激光测距。
本发明能够有效抑制激光测距应用中脉冲幅度不同引起的定时误差的问题，同时抑制脉冲幅度不同引起比较器的传播延迟变化，从而得到更精确的测距结果。
图3所示为本发明所述的一种可用于激光雷达的控制方法，例如可应用于如上所述的激光雷达10。所述控制方法包括：
在步骤S60A，在接收第一雷达回波脉冲之前，将可变增益放大器的增益复位为其初始值，所述初始值优选为所述可变增益放大器的增益可调范围的最小值。其中所述将可变增益放大器的增益复位为其初始值的步骤包括：在产生所述多脉冲激光信号前，产生一复位信号，将所述可变增益放大器的增益复位为其初始值。
在步骤S60B，产生双脉冲激光信号并发射到所述激光雷达的外部，其中所述双脉冲激光信号包括第一发射脉冲和第二发射脉冲。与双脉冲激光信号相对应的，接收到的雷达回波中也包括第一雷达回波脉冲和第二雷达回波脉冲。本领域技术人员容易理解，步骤S60B中也可以产生多脉冲激光信号，这些都在本发明的保护范围内。
在步骤S61，接收第一雷达回波脉冲，通过可变增益放大器放大，产生放大的信号。
当在步骤S60B中发射多脉冲激光信号时，对应于多脉冲激光信号，激光雷达的接收端将接收到一组激光雷达回波脉冲构成的序列。在步骤S61中，将该序列中的第一个脉冲，即第一雷达回波脉冲，通过可变增益放大器进行放大。
在步骤S62，根据所述放大的信号，调节所述可变增益放大器的增益。具体调节的方式，如之前参考图2描述的，此处不再赘述。
在步骤S63，接收第二雷达回波脉冲，通过所述可变增益放大器进行放大。此时，可变增益放大器的增益已经经过调节，从而可以保证第二雷达回波得到适当的放大。在步骤S63，将该序列中的第二个脉冲，即第二雷达回波脉冲，按照调节后的增益进行放大。
在步骤S64，以所述第二发射脉冲的发射时刻为起始时间，以所述多个比较器中比较阈值最小的一个比较器产生输出的时刻为终止时间(即比较阈值最小的一个比较器探测到第二雷达回波的时刻)，以所述起始时间与所述终止时间之间的时间差为飞行时间来计算目标距离。
上述实施例中，进行激光测距时，发送多脉冲，利用前面脉冲信息改变接收端增益，使后面脉冲被放大到理想值，从而消除脉冲幅度不同引起的定时误差。另外，本发明结构较简单，实时性好。能够有效抑制激光测距应用中，脉冲幅度不同引起的定时误差，同时抑制脉冲幅度不同引起比较器的传播延迟变化，从而得到更精确的测距结果。
以下描述本发明的应用场景，应用于一种基于多脉冲自动增益调节的激光测距场景。图4为本发明应用场景的多脉冲自动增益调节激光测距***的实现电路示意图。其中，信号接收放大***可以为固定增益级放大器，可变增益放大器(VGA)的放大倍数可调节。自动增益控制单元等同于上述的增益调节单元。
激光器发射多脉冲激光信号，与其相对应的，接收端接收到多个回波脉冲，首先经过信号接收放大***，将回波脉冲转化为电路可以处理的电压信号，送入可变增益放大器(Variable gain amplifier,VGA)。VGA的初始增益置为1(即其初始增益值)，第一个回波脉冲经过VGA输入到比较器阵列的输入端。这里以3个比较器为例。VFS为VGA的满幅度输出范围，3个比较的阈值分别设为VFS/2、VFS/4和VFS/8。若VGA的输出小于VFS/8，信号不会被检测到，三个比较器的输出为零。若比较器的输出大于VFS/8而小于VFS/4，比较器3的输出为1，经过延迟td1，作为D触发器的时钟信号，取样比较器1和2的输出。延迟td1的作用是确保比较器1和2已输出正确结果。比较器3的输出和D触发器1和2的输出被送入自动增益控制单元(等同于上述的增益调节单元)。
自动增益控制单元实现对VGA增益调节，具体调节如下。
若输入Q<1:0>为00，表示信号VGA的输出介于VFS/8和VFS/4之间，可以设置VGA的增益为4；
若输入Q<1:0>为10，表示信号VGA的输出介于VFS/4和VFS/2之间，可以设置VGA的增益为2；
若输入Q<1:0>为11，表示信号VGA的输出介于VFS和VFS/2之间，可以设置VGA的增益为1。
自动增益控制单元在下一个脉冲到达之前实现完成对VGA的增益调节，因此接下来不同信号幅度的输入，例如第二回波脉冲和第三回波脉冲，经VGA放大后的幅度范围总是落在VFS和VFS/2之间。另外，发射端在脉冲发射之前可以产生一个复位信号，将VGA的增益复位为1。
上述多脉冲自动增益调节激光测距***的工作步骤优选如下：
步骤1:在回波脉冲到来之前(或在发射新的一组多脉冲探测光之前)，将可变增益放大器的增益设在最小值；
步骤2：第一回波脉冲被放大后，和比较器产生一组输出B<1:n>。如果回波脉冲的幅度大于比较器的初始阈值，则输出1；如果小于比较器的初始阈值，则输出0。所有比较器的输出可以形成一个序列，经过逻辑变换后可变增益放大器的增益B<1:n>，这一过程可以在第二个脉冲到达前完成。
步骤3：随后的一个或多个回波脉冲被放大到设定的幅度范围，不同幅度脉冲之间的差异被衰减。
步骤4：第二个脉冲和固定的阈值比较，在过阈值时刻产生定时信号，用于通过飞行距离法计算障碍物的距离。
上述实施例中，时间测量***用于准确测量激光脉冲从发射到接收的飞行时间，以第二个脉冲的发射时刻作为START信号，以比较器3检测到第二个脉冲的时刻作为STOP信号。不同输入信号的第二个脉冲经过VGA放大后幅度介于为VFS和VFS/2之间，经过比较器3产生时间误差被减小，提高了飞行时间测量的精度。
本发明减小由输入幅度变化引起的定时误差的方法实现方式如下：激光源发射连续的两个脉冲(或多个脉冲)，两个脉冲相隔一个很短的时刻td，以保证在td时间内，被测物移动的距离可以被测距忽略。接收到的第一个回波用于检测输入信号的幅度大小，然后相应调节接收端放大器的增益，使第二个回波以及后续其他回波能够被放大到理想的值。这样不同幅度的接收脉冲，可以被放大不同的倍数，从而使其最终得到的脉冲幅度接近。
另外，可以根据实际需求设置多个比较器，每个比较器都有一个初始阈值，所述多个初始阈值可以是取决于幅度的大小的细分程度。例如可变增益放大器的最大输出幅度为3v，那么如果想要阈值区间比较小，可以设置10个比较器，则3/10＝0.3，各个比较器的初始阈值可以设置为0.3、0.6，0.9、…2.7、3.0等，则阈值范围可以精确到0.3v以内。所述可变增益放大器的最大输出幅度为3v可以根据所采用的芯片不同而有所区别。
多个比较器43的输出序列可表征放大的信号的幅值范围。如图5所示，不同物体回波脉冲的幅度不同，输出结果1对应于回波幅度较大的脉冲，输出结果1对应的序列为1111111；输出结果2对应于回波幅度较小的脉冲，输出结果2对应的序列为0000111。所以可以判断，回波幅度较大的脉冲的大小为3v左右，则可以对这个回波进行较小的放大；回波幅度较小的脉冲的幅度在0.9到1.2之间，此时可以对其进行较大的放大，最后调整所有的回波幅度相近，此时得到的过阈时间将不再受信号幅度和比较器延迟的影响，继而可以进行信号的下一步处理。
另外，如图5所示的，对比较器的输出进行延迟采样，如图5中的“delay”所示。这是由于每个比较器的输入与输出之间可能存在一定的延迟，并且每个比较器的延迟时间可能会有不同，因此需要等待每个比较器都已经完成信号翻转之后，再进行信号采集，以确保数据采集的准确性。
本发明的实施例具有以下有益效果：
1、本发明可以进行激光测距。当发送多脉冲时，利用前面脉冲信息改变接收端增益，使后面脉冲被放大到理想值，从而消除脉冲幅度不同引起的定时误差。
2、本发明结构较简单，实时性好。能够有效抑制激光测距应用中，脉冲幅度不同引起的定时误差，同时抑制脉冲幅度不同引起比较器的传播延迟变化，从而得到更精确的测距结果。
以上所述仅为本公开的较佳实施例而已，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
最后应说明的是：以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种可用于激光雷达的放大电路，包括：
可变增益放大器，配置成可接收输入信号，并输出放大的信号；
增益调节单元，所述增益调节单元与所述可变增益放大器耦接，并配置成根据所述放大的信号，调节所述可变增益放大器的增益。
2.根据权利要求1所述的放大电路，还包括多个比较器，所述多个比较器分别具有不同的比较阈值，输入端分别耦接到所述可变增益放大器的输出端以接收所述放大的信号，所述多个比较器的输出端耦接到所述增益调节单元，所述增益调节单元从而根据所述多个比较器的输出调节所述可变增益放大器的增益。
3.根据权利要求1或2所述的放大电路，其中所述输入信号包括多组回波脉冲信号，每组回波脉冲信号包括多个回波脉冲，所述增益调节单元配置成：在每组回波脉冲信号中的第一个回波脉冲输入到所述可变增益放大器之后，根据所述第一个回波脉冲被放大后的幅值，调节所述可变增益放大器的增益。
4.根据权利要求2所述的放大电路，其中所述放大电路包括三个比较器，所述三个比较器的比较阈值分别为VFS/2、VFS/4和VFS/8，其中VFS是所述可变增益放大器的最大幅度输出范围。
5.根据权利要求3所述的放大电路，其中所述增益调节单元还配置成：在每组回波脉冲信号的最后一个回波脉冲输入后，将所述可变增益放大器的增益复位到其初始值。
6.根据权利要求5所述的放大电路，其中所述增益调节单元配置成：调节所述可变增益放大器的增益以使得每组回波脉冲中所述第一个回波脉冲以外的其他回波脉冲被所述可变增益放大器放大后的幅值接近，
其中所述初始值为所述可变增益放大器的增益可调范围的最小值。
7.一种激光雷达，包括：
信号接收单元，所述信号接收单元配置成可接收雷达回波并转换为电信号；和
放大电路，所述放大电路与所述信号接收单元耦接并接收所述电信号，所述放大电路包括：
可变增益放大器，配置成可接收电信号，并输出放大的信号；
增益调节单元，所述增益调节单元与所述可变增益放大器耦接，并配置成根据所述放大的信号，调节所述可变增益放大器的增益。
8.根据权利要求7所述的激光雷达，其中所述放大电路还包括多个比较器，所述多个比较器分别具有不同的比较阈值，输入端分别耦接到所述可变增益放大器的输出端以接收所述放大的信号，所述多个比较器的输出端耦接到所述增益调节单元，所述增益调节单元从而根据所述多个比较器的输出调节所述可变增益放大器的增益。
9.根据权利要求7或8所述的激光雷达，还包括发射单元，所述发射单元配置成可产生多组的多脉冲激光信号并发射到所述激光雷达的外部，所述发射单元与所述放大电路的增益调节单元耦接，并在产生每组多脉冲激光信号前，产生一复位信号，所述增益调节单元根据所述复位信号，将所述可变增益放大器的增益复位为其初始值。
10.根据权利要求9所述的激光雷达，其中对应于所述多组的多脉冲激光信号，所述电信号包括多组回波脉冲信号，每组回波脉冲信号包括多个回波脉冲，所述增益调节单元配置成：在每组回波脉冲信号中的第一个脉冲输入到所述可变增益放大器之后，根据所述第一个回波脉冲被放大后的幅值，调节所述可变增益放大器的增益。
11.根据权利要求8所述的激光雷达，其中所述放大电路包括三个比较器，所述三个比较器的比较阈值分别为VFS/2、VFS/4和VFS/8，其中VFS是所述可变增益放大器的最大幅度输出范围，所述增益调节单元根据所述三个比较器的输出调节所述可变增益放大器的增益，所述比较器具有一定延迟。
12.根据权利要求10所述的激光雷达，其中所述多脉冲激光信号为双脉冲激光信号，所述激光雷达还包括计算单元，所述计算单元配置成以所述双脉冲激光信号中第二个发射脉冲的发射时刻为起始时间，以所述多个比较器中比较阈值最小的一个比较器产生输出的时刻为终止时间，以所述起始时间与所述终止时间之间的时间差为飞行时间来计算目标距离。
13.根据权利要求10所述的激光雷达，其中所述增益调节单元配置成：调节所述可变增益放大器的增益以使得每组回波脉冲中所述第一个回波脉冲以外的其他回波脉冲被所述可变增益放大器放大后的幅值接近，
其中所述初始值为所述可变增益放大器的增益可调范围的最小值。
14.一种可用于激光雷达的控制方法，包括：
接收第一雷达回波脉冲，通过可变增益放大器放大，产生放大的信号；
根据所述放大的信号，调节所述可变增益放大器的增益；和
接收第二雷达回波脉冲，通过所述可变增益放大器进行放大。
15.根据权利要求14所述的控制方法，还包括：
在接收所述第一雷达回波脉冲之前，将所述可变增益放大器的增益复位为其初始值，所述初始值优选为所述可变增益放大器的增益可调范围的最小值。
16.根据权利要求15所述的控制方法，还包括：产生双脉冲激光信号并发射到所述激光雷达的外部，其中所述双脉冲激光信号包括第一发射脉冲和第二发射脉冲，所述第一雷达回波脉冲和第二雷达回波脉冲分别对应于所述第一发射脉冲和第二发射脉冲；
其中所述将可变增益放大器的增益复位为其初始值的步骤包括：在产生所述双脉冲激光信号前，产生一复位信号，将所述可变增益放大器的增益复位为其初始值。
17.根据权利要求16所述的控制方法，还包括：
以所述第二发射脉冲的发射时刻为起始时间，以所述多个比较器中比较阈值最小的一个比较器产生输出的时刻为终止时间，以所述起始时间与所述终止时间之间的时间差为飞行时间来计算目标距离。
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