基于双脉冲激光回波差分信号的脉冲时刻鉴别电路及系统的制作方法

本发明涉及脉冲激光测距，尤其涉及基于双脉冲激光回波差分信号的脉冲时刻鉴别电路及系统。

背景技术：

1、脉冲激光测距原理是激光器主动向目标发射激光脉冲信号，通过光电探测器检测目标反射回来的激光脉冲回波脉冲并转换成电信号，电信号输入脉冲时刻鉴别电路，再根据脉冲时刻鉴别电路输出信息计算脉冲激光信号的来回时间，根据来回时间获得目标与激光器的距离。

2、若脉冲时刻鉴别电路仅设置一个固定阀值电压的差分比较器，会产生时间漂移误差。例如，激光器以同样的发射角分别向处于相同距离的两个目标物体发射激光脉冲信号后，由于两个目标物体其自身表面反射系数差异、不规则性等影响，激光脉冲回波脉冲的幅度和形状均存在差异，与同一固定阀值电压比较，将会得到不同的回波达到时刻，这就是时间漂移误差，会对脉冲测距的精度造成影响。

3、为消除时间漂移误差，公开号为cn110646804a的中国专利公开了基于双脉冲激光信号的脉冲时刻鉴别电路，包括跨阻放大器(1)、峰值保持单元(2)、稳压单元、分压单元、第一比较器(6)和第二比较器(7)。该专利在测距时发送两个脉冲激光信号，先通过获取第一个脉冲激光信号的回波脉冲电压的峰值信息对阈值参考电压进行动态调整，再获取第二个脉冲激光信号的回波脉冲电压，并利用特定设置的双阈值进行脉冲时刻鉴别，使得到的时刻信息与回波脉冲幅度及形状无关，从而消除了时间漂移误差。但是该脉冲时刻鉴别电路复杂，需要峰值保持单元、稳压单元，以及两个比较器，成本较高，同时比较器并非差分形式，抗干扰能力较弱。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有双脉冲激光测距技术中存在的电路复杂、成本高和抗干扰能力较弱的技术问题，提供基于双脉冲激光回波差分信号的脉冲时刻鉴别电路及系统。

2、为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第一个方面，本发明提供了基于双脉冲激光回波差分信号的脉冲时刻鉴别电路，包括回波脉冲差分接口、差分比较器电路、用于设置差分比较器电路的阀值电压的直流偏置阀值电路，以及阀值切换电路；所述回波脉冲差分接口的正端子、负端子与差分比较器电路的正向输入端、负向输入端对应连接；所述直流偏置阀值电路包括连接于差分比较器电路的正向输入端的第一直流偏置电路和连接于差分比较器电路的负向输入端的第二直流偏置电路；所述阀值切换电路受控于阀值切换信号，用于调整差分比较器电路的阀值电压大小。

3、上述技术方案：回波脉冲差分接口用于接收先后两个脉冲激光信号的回波脉冲对应的被光电转换处理后的差分信号，阀值切换电路控制直流偏置阀值电路在监测先后两个脉冲激光信号的回波脉冲时的偏置电压大小不同，使差分比较器电路监测先后两个回波脉冲的阀值电压不同，即以不同的阀值电压对先后两个回波脉冲对应的差分信号进行时刻鉴别，利用极短时间内前后两次同一目标返回的回波脉冲极度相似的现实特点，时序上控制阀值电压的前后两次切换，采用时间换精度的思路，得到双脉冲激光回波差分信号的时刻鉴别效果与双阀值时刻鉴别电路的效果一致，使得时刻信息与回波脉冲形状无关，消除了时间漂移误差，大大提高了测量精度的同时，比现有的双阀值时刻鉴别电路至少少使用了1个高速差分比较器、峰值保持单元、稳压单元，从而降低了成本，并且采用差分模式，提高了抗干扰能力。

4、在一种优选实施方式中，所述第一直流偏置电路包括第一电阻单元和第二电阻单元，第一电阻单元的第一端与第一直流电源连接，第一电阻单元的第二端分别与第二电阻单元的第一端和差分比较器电路的正向输入端连接，第二电阻单元的第二端与地连接。

5、上述技术方案：提供了简单可靠的便于调整的第一直流偏置电路结构。

6、在一种优选实施方式中，所述第二直流偏置电路包括第三电阻单元和第四电阻单元，第三电阻单元的第一端与第二直流电源连接，第三电阻单元的第二端分别与第四电阻单元的第一端和差分比较器电路的负向输入端连接，第四电阻单元的第二端与地连接。

7、上述技术方案：提供了简单可靠的便于调整的第二直流偏置电路结构。

8、在一种优选实施方式中，所述阀值切换电路为第五电阻单元和开关单元串联组成的阻值调节支路，所述阻值调节支路与第一电阻单元或第二电阻单元或第三电阻单元或第四电阻单元并联，所述开关单元的导通或断开受控于阀值切换信号。

9、上述技术方案：在阀值切换信号控制下开关单元导通或断开，当开关单元导通时，第五电阻单元与第一电阻单元或第二电阻单元或第三电阻单元或第四电阻单元并联后的并联电阻作为偏置电阻，当开关单元断开时，仅第一电阻单元或第二电阻单元或第三电阻单元或第四电阻单元作为偏置电阻，改变了偏置电压大小，进而改变了差分比较器电路的阀值电压，本阀值切换电路简单、可靠。

10、在一种优选实施方式中，所述开关单元包括第一mos管、第七电阻和第六电阻，所述第一mos管的漏极与第五电阻单元连接，第一mos管的栅极分别与第七电阻的第一端和第六电阻的第一端连接，第六电阻的第二端和第一mos管的源极均与地连接，第七电阻的第二端接入阀值切换信号。

11、上述技术方案：利用第七电阻和第六电阻作为mos管的偏置电阻，基于mos管的高频快速开关特性，使阀值切换电路简单、可靠性高，便于处理模块控制。

12、在一种优选实施方式中，在回波脉冲差分接口与差分比较器电路的连接通路上串接有交流耦合单元，所述交流耦合单元靠近回波脉冲差分接口布设。

13、上述技术方案：便于滤除差分信号中的直流共模噪声信号，提高回波信号的抗干扰能力，增加回波信号的信噪比。

14、为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种激光测距系统，包括激光器、光信号接收转换模块、处理模块，以及本发明第一方面所述的基于双脉冲激光回波差分信号的脉冲时刻鉴别电路；所述处理模块控制激光器向目标发送脉冲激光信号；所述光信号接收转换模块用于接收目标返回的脉冲激光信号的回波脉冲，将回波脉冲转换为差分信号输出至回波脉冲差分接口；所述处理模块向阀值切换电路发送阀值切换信号，采集差分比较器电路输出的回波监测信号，并根据回波监测信号的采集时间分析目标的回波时间。

15、上述技术方案：在测量目标的距离时，处理模块控制激光器先后发出两个脉冲激光信号，同时发送阀值切换信号切换差分比较器电路的阀值电压，使差分比较器电路以不同的阀值电压对先后两个差分信号进行时刻鉴别，利用极短时间内前后两次同一目标返回的回波脉冲极度相似的现实特点，时序上控制阀值电压的前后两次切换，采用时间换精度的思路，得到双脉冲激光回波差分信号的时刻鉴别效果与双阀值时刻鉴别电路的鉴别效果等效，使得时刻信息与回波脉冲形状无关，消除了时间漂移误差，大大提高了测量精度的同时，比现有双阀值时刻鉴别电路至少少使用了1个高速差分比较器、峰值保持单元、稳压单元，从而降低了成本，并且采用差分模式，提高了抗干扰能力。

16、在一种优选实施方式中，所述光信号接收转换模块包括依次连接的光电转换单元和前置放大电路。

17、为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第三个方面，本发明提供了一种基于本发明第二方面所述的激光测距系统的回波时间测试方法，包括：处理模块控制激光器向目标发射第一脉冲激光信号；当处理模块采集到采集差分比较器电路输出的第一回波监测信号后，记录从发射第一脉冲激光信号到采集到第一回波监测信号的第一时间；处理模块控制激光器向目标发射第二脉冲激光信号，并同步发送阀值切换信号至阀值切换电路；当处理模块采集到采集差分比较器电路输出的第二回波监测信号后，记录从发射第二脉冲激光信号到采集到第二回波监测信号的第二时间；根据第二时间和第一时间获得目标的回波时间。

18、上述技术方案：处理模块控制激光器先后发出两个脉冲激光信号至目标，同时发送阀值切换信号切换差分比较器电路的阀值电压，使差分比较器电路以不同的阀值电压对先后两个差分信号进行时刻鉴别，利用极短时间内前后两次同一目标返回的回波脉冲极度相似的现实特点，时序上控制阀值电压的前后两次切换，采用时间换精度的思路，得到双脉冲激光回波差分信号的时刻鉴别效果与双阀值时刻鉴别电路的鉴别效果等效，使得时刻信息与回波脉冲形状无关，消除了时间漂移误差，大大提高了测量精度的同时，比现有的双阀值时刻鉴别电路至少少使用了1个高速差分比较器、峰值保持单元、稳压单元，从而降低了成本，并且采用差分模式，提高了抗干扰能力。

19、在一种优选实施方式中，所述阻值调节支路与第四电阻单元并联，则目标的回波时间为：

20、

21、其中，k表示差分比较器电路在处理模块发送阀值切换信号至阀值切换电路之前和之后的阀值电压的比值，k≠1；t1表示第一时间；t2表示第二时间。

22、上述技术方案：使得回波时间与回波脉冲形状无关，提高了测量精度。