脉冲激光雷达的双接收通道的制作方法

本发明涉及激光测量领域，特别涉及一种高精度时刻鉴别电路，应用于激光测距领域。

技术背景

随着激光技术的发展，激光测距的技术已经趋于完善和成熟，其中脉冲激光测距法的发展迅速，应用也十分广泛。脉冲式激光测量采用激光器作为光源，发射出的激光经被测量物体的反射后又被测距仪接收，测距仪同时记录激光往返的时间，光速和往返时间的乘积的一半就是测距仪和被测量物体之间的距离，具备结构简单，价格低廉，可靠性高，抗干扰性能强，不需要合作目标等优点，在民用和军事上得到了广泛应用。

为了探测激光回波脉冲的到达时刻，一般采用时刻鉴别电路，时刻鉴别的目的在于将激光回波的模拟信号转换为一个具有时间信息的数字逻辑信号。当输入信号的幅值满足设定的要求，就产生一个触发信号，将模拟信号转换为由高低电平表示的数字信号。

目前主要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；前沿时刻鉴别电路结构简单，但其精度受回波幅度的影响，阈值不好设定；恒比定时鉴别不受回波幅度的影响，但是测量远距离目标时，回波脉冲往往很弱、信噪比低，会产生相应的时间扰动，从而影响时刻鉴别的精度；高通容阻时刻鉴别电路的鉴别时刻点一般在脉冲幅值点，但时间漂移较大；申请号为201510200729.8的发明公开了一种双通道时刻鉴别电路的研究，其缺陷在于：恒比定时时刻鉴别与前沿时刻鉴别相结合不能更大的提高时刻鉴别精度，只是降低误警、虚警概率。为了能够同时解决波形变化和噪声干扰引起的定时误差，有必要对上述时刻鉴别电路进行改进和完善。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种脉冲激光雷达的双接收通道，能够有效避免因回波幅度和回波干扰引起的漂移误差，降低误警和虚警概率，提高时刻鉴别的精度，从而进一步有效提高脉冲式激光测距的测量精度。

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双接收通道，包括前沿时刻鉴别通道、高通容阻时刻鉴别通道和门电路；前沿时刻鉴别通道中，输入信号加于阈值比较器的正向输入端，电源电压经由电位器加于阈值比较器的反向输入端，阈值能根据电位器调整；高通容阻时刻鉴别通道中，高通滤波次数是能控制的，输入信号经高通滤波单元微分处理后加于高速比较器的正向输入端，外加比较电压经由电位器加于高速比较器的反相输入端，高速比较器的转态发生于两输入端信号相等的时刻；将阈值比较器和高速比较器的输出通过门电路相与。

本发明的有益效果是：采用一种脉冲激光雷达的双接收通道，包括前沿时刻鉴别通道和高通容阻时刻鉴别通道结合，两通道共同获取和决定激光回波的到来时刻，即提高了时刻鉴别的精度，又降低了测量的虚警概率；一方面，前沿时刻鉴别通道通过设定合适的阈值，可避免鉴别的时刻受到叠加在激光回波上的噪声干扰而产生误触发；另一方面，高通容阻时刻鉴别通道有效解决了激光回波脉冲幅度变化引起的时间游动，使鉴别的时刻不受回波幅度的变化产生影响；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是本发明原理框图。

图2是本发明接收通道中前沿时刻鉴别通道电路图。

图3是本发明接收通道中高通容阻时刻鉴别通道电路图。

图4是本发明接收通道鉴别时刻与输入信号幅度的关系图。

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双接收通道包括前沿时刻鉴别通道和高通容阻时刻鉴别通道，前沿时刻鉴别通道中，输入信号加于阈值比较器的正向输入端，电源电压经由电位器加于阈值比较器的反向输入端，阈值能根据电位器调整；高通容阻时刻鉴别通道中，高通滤波次数是能选择的，输入信号经高通滤波单元微分处理后加于高速比较器的反向输入端，外加比较电压经由电位器加于高速比较器的正向相输入端，高速比较器的转态发生于两输入端信号相等的时刻；阈值比较器和高速比较器的输出通过门电路相与，输出的信号则为所鉴别出的激光回波时刻。

结合图2，前沿时刻鉴别通道包括阈值比较器U1和第一滑动变阻器R01。阈值比较器U1的正向输入端与输入信号Vin相连，反相输入端与第一滑动变阻器R01的第二脚相连；第一滑动变阻器R01的第一脚与供电电源VCC相连，第三脚接地。第一滑动变阻器R01作为电位器，阈值比较器U1的负向输入端通过滑动第一滑动变阻器R01改变阻值来设定一个恒定的直流电平，直流电平的数值根据回波波形的噪声情况统计确定。

结合图3，高通容阻时刻鉴别通道包括高速比较器U2，偏置电路，高通滤波单元；其中，第一电容C1与第一电阻R1组成一级高通滤波单元，输入信号Vin加于第一电容C1的第一端，电容C1的第二端与第一电阻R1的第一端相连；第二电容C2与第二电阻R2组成二级高通滤波单元，第二电容C2的第一端接第一电阻R1的第一端，第二电容C2的第二端与第二电阻R2的第一端相连，电阻R1和R2的第二端都接地；电阻R1的第一端和电阻R2的第一端分别与开关S1的第一端和第二端相连；第二电容C2的第二端与高速比较器U2的正向输入端相连；高速比较器U2的正向输入端同时接入偏置电路；高速比较器U2的反向输入端与第三滑动变阻器R03的第二脚相连；第三滑动变阻器R03的第一脚与供电电源VCC相连，第三脚接地；第三滑动变阻器R03作为电位器，高速比较器U2的反向输入端通过滑动第三滑动变阻器R03改变阻值来设定一个恒定的直流电平。

结合图3，第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第二滑动变阻器R02和第三电容C3组成偏置电路；其中，第三电阻R3的第一端与高速比较器U2的正向输入端相连，其第二端与第三电容C3的第一端相连；第四电阻R4的第一端与第二滑动变阻器R02的第一端相连，其第二端接+5V电源VCC；第五电阻R5的第一端接-5V电源VEE，其第二端与第二滑动变阻器R02的第三端相连；第二滑动变阻器R02的第二端与第三电容C3的第一端相连；第三电容C3的第二端接地；偏置电路通过滑动第二滑动变阻器R02改变阻值来调整分压为高速比较器U2的正向输入端设置一个初始的偏压，防止没有信号输入时，比较器处于不稳定的状态而出现震荡。

结合图4，确定高通滤波次数，设定回波上升沿的1/2处为时刻鉴别的时刻点，则滤波次数k＝2，漂移误差为式中k为滤波次数，t_r为回波信号的上升时间，假定回波信号的上升时间为10ns，则计算可得漂移时间为5ns。此时所确定的电路参数为：第一电阻R1和第二电阻R2为750欧姆，第一电容C1和第二电容C2为1皮法，第三滑动变阻器R03滑片处于50％处，第四电阻R4为1000欧姆，第五电阻R5为1000欧姆，第二滑动变阻器R02滑片处于20％处，第三电容C3为1微法。

结合图4，根据理论分析和实验验证，高通容阻时刻鉴别通道中各波形的示意图如图4所示，图中V_i(t)为输入信号波形。当要求测距精度一般时，开关S1关闭，输入信号V_i(t)经过一级高通容阻滤波输出信号波形V₁(t)，此时再经过高速比较器输出的鉴别时刻在输入信号V_i(t)的峰值点对应时刻；当要求测距精度高时，开关S1打开，输入信号V_i(t)经过两级高通容阻滤波输出信号波形V₂(t)；V_o(t)为V₂(t)经过高速比较器输出的鉴别时刻触发脉冲信号。

在接收到目标回波信号时，前沿时刻鉴别通道检测目标信号是否达到阈值，当接收信号大于设定的阈值，即认为目标有效，从而触发信号输入门电路，使高通容阻时刻鉴别通道的触发信号有效。