一种基于双脉冲间隔的激光雷达测距及通信的方法与系统

文档序号:35213313发布日期:2023-08-24 14:41阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于双脉冲间隔的激光雷达测距及通信的系统,其特征在于,包括信号处理模块、信号发射模块、信号接收模块及信号测量模块;所述信号处理模块用于将二进制数据转换为特定长度的双脉冲间隔,并发送给信号发射模块转换为对应的双脉冲激光信号,部分激光信号在通信目标处形成反射,被发射雷达所接收,以实现测距目的,另一部分直接被收信雷达接收,以实现通信目的;所述信号测量模块用于测量信号接收模块传来的双脉冲信号,计算得到双脉冲信号的飞行时间,然后回传给信号处理模块。

2.如权利要求1所述的一种基于双脉冲间隔的激光雷达测距及通信的系统,其特征在于,所述信号处理模块包括微控制器(1)及现场可编程门阵列fpga(2),所述微控制器(1)用于将通信内容和本机ip信息传输至fpga(2),fpga(2)用于将信号转换为指定范围内的间隔长度,将脉冲间隔控制信号发送到信号发射模块的双脉冲产生电路。

3.如权利要求2所述的一种基于双脉冲间隔的激光雷达测距及通信的系统,其特征在于,所述fpga(2)包括间隔编码模块(10)、脉冲控制模块(14)、距离计算模块(11)、tdc控制模块(15)、间隔解码模块(12)及延时模块(13);所述间隔编码模块(12)用于根据通信内容和自身雷达ip信息输出对应间隔,传送至脉冲控制模块(14),转换为控制信号发射模块的双脉冲产生电路(3)所需的脉冲间隔控制信号;tdc控制模块(15)用于控制信号测量模块,向信号测量模块发射控制信号,同时接收信号测量模块传来的测量信号,所述测量信号根据信号测量模块通道不同可分为双脉冲间隔测量信号和距离信号,其中,距离信号发送给距离计算模块(11),双脉冲间隔测量信号发送给间隔解码模块(10);距离计算模块(11)在接收距离信号后计算得到通信距离,然后发送给微控制器(1);间隔解码模块(10)用于将双脉冲间隔测量信号中包含的雷达ip信号与通信信号解读出来,并将其发送给微控制器(1);所述延时模块(13)用于根据微控制器(1)的指令对双脉冲间隔测量模块(5)发来的时间窗信号进行相应的延长操作,以起到调整时间窗宽度的作用。

4.如权利要求1所述的一种基于双脉冲间隔的激光雷达测距及通信的系统,其特征在于,所述信号发射模块包括双脉冲产生电路(3)、ld驱动电路(6)及ld(8),所述双脉冲产生电路(3)用于接收来自fpga(2)中脉冲控制模块(16)的脉冲间隔控制信号,将脉冲间隔控制信号从数字转换为对应的电流信号,同时将一路信号发送到tdc(4),另一路信号传至ld驱动电路(6),形成ld(8)所需的驱动电流,最后ld(8)在驱动电流的驱使下发射激光信号。

5.如权利要求1所述的一种基于双脉冲间隔的激光雷达测距及通信的系统,其特征在于,所述信号接收模块包括雪崩光电二极管apd(9)、跨阻放大电路(7)及双脉冲间隔测量模块(5),所述apd(9)接收空气中的激光信号并转化为电信号,通过跨阻放大电路(7)放大,输出信号一路发送给tdc(4)的stop(1)通道,用以测量回波信号的飞行时间,另一路发送给双脉冲间隔测量模块(5),测量双脉冲间隔;双脉冲间隔测量模块(5)用于将双脉冲信号分离并生成时间窗信号屏蔽部分干扰信号。

6.如权利要求5所述的一种基于双脉冲间隔的激光雷达测距及通信的系统,其特征在于,所述双脉冲间隔测量模块(5)包括时间窗电路模块(16)、非门(17)与两个与门,首先,在时间窗电路模块(16)触发时间窗信号,时间窗信号进入fpga的延时模块(13)以调整时间窗宽度,信号从延时模块出来后会分为两路,一路信号直接进入其中一个与门,另一路信号经过非门(17)后再进入另一个与门。

7.如权利要求1所述的一种基于双脉冲间隔的激光雷达测距及通信的系统,其特征在于,所述时间窗电路模块(16)由多个与非门及一个单稳态触发器串联组成;多个与非门用于延迟时间窗信号的形成,确保时间窗信号不与第一个脉冲信号重叠,以在信号分离时保证脉冲信号的完整性。

8.如权利要求1所述的一种基于双脉冲间隔的激光雷达测距及通信的系统,其特征在于,所述信号测量模块包括:tdc(4),所述tdc(4)包括四个通道,分别为start1、stop1、start2、stop2;其中,通道start1、stop1用于测量双脉冲产生电路(3)的输出与跨阻放大电路(7)传来的回波信号,可得到回波信号的飞行时间;通道start2、stop2用于测量双脉冲间隔测量模块(5)的双脉冲信号,可得到两个脉冲信号上升沿的时间间隔。

9.如权利要求1所述的一种基于双脉冲间隔的激光雷达测距及通信的系统的控制方法,具体包括如下步骤:

10.如权利要求9所述的一种基于双脉冲间隔的激光雷达测距及通信的方法,其特征在于,步骤三通过间隔解码模块(12)完成,具体包括如下内容:


技术总结
本发明公开了一种基于双脉冲间隔的激光雷达测距及通信的方法与系统,属于仪器仪表技术领域,包括信号处理模块、信号发射模块、信号接收模块及信号测量模块;本发明将脉冲测距与脉冲通信相结合,在实现距离测量的同时,实现通信效果,提高系统集成程度;利用FPGA实现雷达IP添加,采用单稳态触发器生成时间窗信号,使用TDC测量信号间距,器件成本较低;在接收端利用时间窗屏蔽部分无关信号,提高通信的抗干扰能力;采用基于双脉冲间隔的雷达IP,防止外界干扰,进一步提高测距与通信的抗干扰能力。该方法和电路在实现通信的同时,对发信对象进行识别和距离测量,在多种雷达间通讯场合具备一定的实用价值。

技术研发人员:郜峰利,叶潍龙,彭涛,宋俊峰,李雪妍
受保护的技术使用者:吉林大学
技术研发日:
技术公布日:2024/1/14
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