CN217404534U - 激光雷达设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于激光雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达设备，激光雷达设备包括激光发射组件、激光接收组件、温度检测电路、多级放大电路和恒比定时电路，其中，多级放大电路中包括多个串联连接的放大器，每一放大器与恒比定时电路连接，因此，在近距离或者远距离时，可接收到放大后的不同回波信号，恒比定时电路将其中未饱和的回波信号确定为有效回波信号，并分别确定其发射和接收时间以及计算平均值，并根据环境温度调节多个放大器的延迟补偿时间，从而确定最终的激光飞行时间，提高远近距离的测距精度和测距范围。

Description

激光雷达设备

技术领域

本实用新型属于激光雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达设备。

背景技术

在激光雷达***中，常用的测距方式是计算激光飞行时间，需要测量从激光发光到接收回波的时间，另外由于发光时间受***主控控制，因此回波定时精度决定了激光雷达的测距精度。目前，主要的定时方法有前沿定时、过零定时和恒比定时，前沿定时优点是电路简单，噪声引起的误差小，缺点是时间移动大，定时误差大；过零定时能消除信号幅度变化引起的时间误差，但是对噪声引起的定时误差较大；恒比定时特点是在输入脉冲幅度的恒比例点上产生过零脉冲，综合了前沿定时和过零定时的优点，消除信号幅度变化引起的时间移动，触发比可调。

但是，使用恒比定时时，所接收到的回波信号需要较缓的上升沿，因此，当采用单一放大模块时，在远距离有回波信号的情况下，近距离的回波信号存在饱和的情况，从而影响近距离测距精度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种激光雷达设备，旨在实现在采用恒比定时方法时提高测距精度。

本实用新型实施例提出了一种激光雷达设备，包括：

用于发射激光信号的激光发射组件；

用于接收所述激光信号并转换为回波信号的激光接收组件；

用于采集环境温度的温度检测电路；

与所述激光接收组件连接的多级放大电路，所述多级放大电路包括多级串联连接的多个放大器；

与所述激光发射组件、所述温度检测电路和多个所述放大器连接的恒比定时电路；

所述恒比定时电路，用于驱动所述激光发射组件发光，以及根据所述环境温度调节各所述放大器的延迟补偿时间，并将各所述放大器输出的回波信号通过恒比定时方式确定激光飞行时间以及待测物的距离信息。

可选地，所述激光雷达设备还包括与所述激光接收组件和所述恒比定时电路连接的电源电路；

所述恒比定时电路，还用于根据所述环境温度输出电压调节信号至所述电源电路，以调节所述激光接收组件的工作电压。

可选地，所述激光发射组件包括激光器。

可选地，所述激光器为LD激光器。

可选地，所述激光接收组件包括光电探测器。

可选地，所述光电探测器为APD探测器。

可选地，所述多级串联的多个放大器包括第一级的跨阻放大器和依次串联连接的多个电压放大芯片。

可选地，所述恒比定时电路包括与多个放大器的信号输出端分别连接的多个ADC芯片和与多个所述ADC芯片连接的FPGA芯片。

可选地，所述电源电路包括：

电源转换电路，所述电源转换电路的电源输入端用于输入直流电源，所述电源转换电路的电源输出端与所述激光接收组件的电源端连接；

与所述恒比定时电路和所述电源转换电路的电源输出端连接的电压检测电路，所述电压检测电路用于反馈所述电源转换电路的输出电压的电压信号至所述恒比定时电路。

可选地，所述电源转换电路包括升压电路。

本实用新型实施例的激光雷达设备中通过采用激光发射组件、激光接收组件、温度检测电路、多级放大电路和恒比定时电路，其中，多级放大电路中包括多个串联连接的放大器，每一放大器与恒比定时电路连接，因此，在近距离或者远距离时，可接收到放大后的不同回波信号，恒比定时电路将其中未饱和的回波信号确定为有效回波信号，并分别确定其发射和接收时间以及计算平均值，并根据环境温度调节多个放大器的延迟补偿时间，从而确定最终的激光飞行时间，提高远近距离的测距精度和测距范围。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的激光雷达设备的第一种结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的激光雷达设备的第二种结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的激光雷达设备的第三种结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的激光雷达设备的第四种结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

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该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本实用新型实施例提出了一种激光雷达设备。

如图1所示，本实施例中，激光雷达设备包括：

用于发射激光信号的激光发射组件20；

用于接收激光信号并转换为回波信号的激光接收组件10；

用于采集环境温度的温度检测电路30；

与激光接收组件10连接的多级放大电路40，多级放大电路40包括多级串联连接的多个放大器U1；

与激光发射组件20、温度检测电路30和多个放大器U1连接的恒比定时电路50；

恒比定时电路50，用于驱动激光发射组件20发光，以及根据环境温度调节各放大器U1的延迟补偿时间，并将各放大器U1输出的回波信号通过恒比定时方式确定激光飞行时间以及待测物的距离信息。

本实施例中，激光发射组件20和激光接收组件10对应设置，其数量可根据需求对应设置，可为一个或者多个，同样，位置可对应于待测物对应设置。

工作时，恒比定时电路50输出驱动信号至激光发射组件20，激光发射组件20以对应角度发射激光信号至待测物，同时，激光接收组件10接收在待测物反射的激光回波并转换为对应的回波信号，回波信号通过多级放大器U1分别放大后各自输出对应放大等级的回波信号至恒比定时电路50，其中，多级放大器U1的各个放大器U1的放大等级可按照预设差值递增或者递减，或者按照比例变化，还可设置为相同放大等级，具体放大等级不变。

恒比定时电路50对接收到的多个放大后的回波信号通过恒比定时方式进行检测判断，其中，恒比定时方法是通过对原始信号分别进行延时和衰减，两个信号进行减法运算，得到过零甄别成形信号，只有保证成形信号的过零点处于输入信号的上升沿，输入信号的上升时间变化才能得到补偿。为了能在上升时间内采集到更多的数据，提高定时精度，需要让放大信号的上升时间更长，不能出现信号饱和的现象，因此，恒定定时电路50将其中处于未饱和状态的回波信号确定为有效回波信号，将处于饱和状态回波信号判断为无效回波信号，其中，有效回波信号包括一个或者多个，当包括多个有效回波信号时，恒比定时电路50对接收到的多个有效回波信号的接收时间点以及发射时间点的激光飞行时间进行求平均值，将平均飞行时间作为最终的激光飞行时间，并以平均飞行时间确定待测物的距离信息。

同时，由于激光发射到接收的时间还受放大器U1的延迟时间影响，即总的飞行时间为T2-T1-T0，其中，T2为恒比定时电路50接收到回波信号的时间，T1为激光信号发射的时间，T0为对应放大器U1的延迟时间，而延迟时间受温度影响，因此，激光雷达设备还设置有温度检测电路30，用于检测环境温度，并根据环境温度进行放大器U1的时间延迟补偿，从而确定出当前环境下的各延迟时间，以及最终的激光飞行时间，并根据激光飞行时间的一半的时间与激光飞行速度确定待测物的距离，其中，延迟时间随温度增加而增加，具体温度系数会经过实测后写入恒比定时电路50，根据不同温度，写入不同对应值，并根据温度值调节各放大器U1的延迟时间，实现实时反馈调节。

举例说明，当进行远距离测距时，当前激光信号的功率较大，此时近端回波信号如通过同一放大等级的放大器U1后，将会出现饱和状态，无法确定近端待测物的距离信息，但是，通过设置对应的多个放大等级的放大器U1后，通过放大等级较小的一个或者多个放大器U1的近端的回波信号存在未饱和状态，此时，将未饱和的回波信号确定为有效回波信号，并分别确定其发射和接收时间以及计算平均值，并根据环境温度调节多个放大器U1的延迟补偿时间，从而确定最终的激光飞行时间，提高远近距离的测距精度和测距范围。

同样，当进行近距离测距时，当前激光信号的功率较小，此时远端回波信号如通过同一放大等级的放大器U1后，将会出现过小导致无法识别的问题，无法确定远端待测物的距离信息，但是，通过设置对应的多个放大等级的放大器U1后，通过放大等级较大的一个或者多个放大器U1的远端的回波信号存在未饱和状态且达到预设幅值，此时，将满足幅值要求且未饱和的回波信号确定为有效回波信号，并分别确定其发射和接收时间以及计算平均值，并根据环境温度调节多个放大器U1的延迟补偿时间，从而确定最终的激光飞行时间，提高远近距离的测距精度和测距范围。

期中，激光发射组件20可采用激光器，还可包括对应的激光驱动电路，具体结构不限，可选地，激光发射组件20包括激光器，同时，激光器可采用不同类型的激光器，如图3所示，激光器为LD激光器21。

对应地，激光接收组件10可采用对应的光电转换器，光电转换电路等，例如光电二极管、跨阻放大器等。

可选地，激光接收组件10包括光电探测器，光电探测器实现光电转换，并输出对应于激光回波的回波信号至恒比定时电路50，光电探测器的类型不限，如图3所示，可选地，激光探测器为APD探测器11。

温度检测电路30可采用温度探测器，热敏电阻等结构，具体结构不限。

恒比定时电路50可采用对应的控制芯片，例如MCU、FPGA芯片U3等，如图3所示，恒比定时电路50包括与多个放大器U1的信号输出端分别连接的多个ADC芯片U2和与多个ADC芯片U2连接的FPGA芯片U3，其中，ADC芯片U2实现模数转换，将接收到的各放大后的回波信号转换为对应的数字信号，FPGA芯片U3对各数字信号进行比较判断，进而确定出对应的有效回波信号，同时，根据有效回波信号的平均飞行时间和对应参与有效回波信号放大的放大器U1的延迟时间确定待测物的距离，提高测距精度和测距范围。

其中，为了减少干扰信号串扰，在激光接收组件10与多级放大电路40之间还可设置对应的滤波电路，例如滤波电容，实现干扰信号的滤波，提高反馈可靠性。

本实用新型实施例的激光雷达设备中通过采用激光发射组件20、激光接收组件10、温度检测电路30、多级放大电路40和恒比定时电路50，其中，多级放大电路40中包括多个串联连接的放大器U1，每一放大器U1与恒比定时电路50连接，因此，在近距离或者远距离时，可接收到放大后的不同回波信号，恒比定时电路50将其中未饱和的回波信号确定为有效回波信号，并分别确定其发射和接收时间以及计算平均值，并根据环境温度调节多个放大器U1的延迟补偿时间，从而确定最终的激光飞行时间，提高远近距离的测距精度和测距范围。

如图2所示，由于激光接收组件10的工作电压受温度影响，而工作电压影响激光接收组件10的输出回波信号的幅值大小，因此，为了保证激光接收组件10可靠输出回波信号，可选地，激光雷达设备还包括与激光接收组件10和恒比定时电路50连接的电源电路60，恒比定时电路50还根据环境温度输出电压调节信号至电源电路60，以调节激光接收组件10的工作电压，实现工作电压的实时调节，保证激光接收组件10工作在最佳状态下，提高了工作电压的调节精准度，进而提高了激光测距的精准度。

其中，电源电路60可采用对应的电源转换电路61，电源转换芯片等结构，可选西，如图4所示，电源电路60包括：

电源转换电路61，电源转换电路61的电源输入端用于输入直流电源，电源转换电路61的电源输出端与激光接收组件10的电源端连接；

与恒比定时电路50和电源转换电路61的电源输出端连接的电压检测电路62，电压检测电路62用于反馈电源转换电路61的输出电压的电压信号至恒比定时电路50。

工作时，恒定定时电路通过电压检测电路62确定当前输出至激光接收组件10的工作电压，同时，根据当前环境温度确定激光接收组件10所需的工作电压，并输出控制信号至电源转换电路61，使得电源转换电路61的输出电压达到所需的工作电压，实现电压闭环调节。

其中，电源转换电路61可为升压电路、降压电路或者升降压电路，可选地，电源转换电路61为升压电路，升压电路可采用由电感、二极管和电子开关管组成的BOOST升压电路，或者采用升压芯片结构，具体结构不限。

电压检测电路62可采用电阻分压电路、采样电阻、互感器的结构实现电压检测，具体结构不限。

同时，各放大器U1的类型可根据需求对应设置，可选地，多级串联的多个放大器U1包括第一级的跨阻放大器和依次串联连接的多个电压放大芯片，其中，跨阻放大器U1实现将APD探测器11输出的电流信号转换为电压信号，后级放大器U1实现不同电压等级的电压放大工作，并输出不同放大等级的电压信号至恒比定时电路50，实现多级放大反馈。

以上所述实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光雷达设备，其特征在于，包括：

用于发射激光信号的激光发射组件；

用于接收所述激光信号并转换为回波信号的激光接收组件；

用于采集环境温度的温度检测电路；

与所述激光接收组件连接的多级放大电路，所述多级放大电路包括多级串联连接的多个放大器；

与所述激光发射组件、所述温度检测电路和多个所述放大器连接的恒比定时电路；

所述恒比定时电路，用于驱动所述激光发射组件发光，以及根据所述环境温度调节各所述放大器的延迟补偿时间，并将各所述放大器输出的回波信号通过恒比定时方式确定激光飞行时间以及待测物的距离信息。

2.如权利要求1所述的激光雷达设备，其特征在于，所述激光雷达设备还包括与所述激光接收组件和所述恒比定时电路连接的电源电路；

所述恒比定时电路，还用于根据所述环境温度输出电压调节信号至所述电源电路，以调节所述激光接收组件的工作电压。

3.如权利要求1所述的激光雷达设备，其特征在于，所述激光发射组件包括激光器。

4.如权利要求3所述的激光雷达设备，其特征在于，所述激光器为LD激光器。

5.如权利要求1所述的激光雷达设备，其特征在于，所述激光接收组件包括光电探测器。

6.如权利要求5所述的激光雷达设备，其特征在于，所述光电探测器为APD探测器。

7.如权利要求1所述的激光雷达设备，其特征在于，所述多级串联的多个放大器包括第一级的跨阻放大器和依次串联连接的多个电压放大芯片。

8.如权利要求1所述的激光雷达设备，其特征在于，所述恒比定时电路包括与多个放大器的信号输出端分别连接的多个ADC芯片和与多个所述ADC芯片连接的FPGA芯片。

9.如权利要求2所述的激光雷达设备，其特征在于，所述电源电路包括：

电源转换电路，所述电源转换电路的电源输入端用于输入直流电源，所述电源转换电路的电源输出端与所述激光接收组件的电源端连接；

与所述恒比定时电路和所述电源转换电路的电源输出端连接的电压检测电路，所述电压检测电路用于反馈所述电源转换电路的输出电压的电压信号至所述恒比定时电路。

10.如权利要求9所述的激光雷达设备，其特征在于，所述电源转换电路包括升压电路。

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