一种激光雷达门控信号发生装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种激光雷达门控信号发生装置，具体涉及一种基于CPLD (ComplexProgrammable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)的激光雷达门控信号发生装置。
【背景技术】
[0002]激光雷达和光谱技术在大气科学领域有着越来越广泛的应用。目前为止，云的宏观观测技术已经比较成熟，有人工观测、云高仪、全天空成像仪、天气雷达、卫星遥感等多种手段。但是，对于云微物理特性的观测方法还比较少，就对其进行连续观测而言，目前毫米波雷达是被公认的一种有效的探测设备。但是，与毫米波雷达相比，激光雷达在空间分辨率、作用方式方面更具有优势，并且激光雷达各项技术比较成熟，系统简单，运行维护成本低廉，在应用推广上具有一定的优势。
[0003]但在激光雷达的运用中，由于激光器出光时能量较大，低空由于气溶胶含量多、散射能力强，其回波功率较大，将会对高灵敏光电倍增管造成极大的损伤。因此，一般的做法是考虑在探测系统中设计一个门控电路来实现对光电倍增管的增益控制，及时方便的对光电倍增管的开门时刻进行控制，从而有效探测有用信号，避开较强的杂光的影响。国内外目前普遍采用模拟电路的方式，即通过单片机和分立元件来实现对光电倍增管的门控。这种方案往往延时时间难以控制，分立元件较多，不利于集成化。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种延时时间控制更加精准、且易于控制调节的门控信号发生装置。
[0005]为了达到上述目的，本发明提供了一种激光雷达门控信号发生装置，包括以下模块:
激光检测模块，用于检测激光脉冲，并输出电信号；
脉冲发生模块，用于检测激光检测模块输出电信号的上升沿，并产生门控波形；
其中，脉冲发生模块采用CPLD。
[0006]本发明激光雷达门控信号发生装置还包括PC机；上述脉冲发射模块包括以下模块:
脉冲检测模块，用于检测激光检测模块输出电信号的上升沿；
计数器模块，由脉冲检测模块触发进行计数；
波形发生模块，根据计数器模块的计数产生门控波形；
串口通信模块，与PC机进行通信。
[0007]其中，CPLD采用 EMP570T100C5。
[0008]激光检测模块包括光电检测器和放大器；光电探测器通过放大器与脉冲发生模块相连。光电探测器采用osd5-0光电探测器，放大器采用0PA657。
[0009]本发明相比现有技术具有以下优点: 1)采用可编程器件(CPLD)，与传统的模拟系统相比具有开发周期短，电路易于维护和升级；
2)可编程器件内部可以实现计数器等数字电子元器件，可大大减少外围器件的使用，电路板易于设计，成本低；
3)整个电子系统稳定性高，不易因为机械抖动而影响整个系统的工作，适合于恶劣的环境工作；
4)整个系统结构紧凑，易于控制和调节，系统稳定性高。
【附图说明】
[0010]图1为本发明激光雷达门控信号发生装置的结构框图；
图2为图1中脉冲发生模块的接口电路图；
图3为本发明激光雷达门控信号发生装置的控制原理图；
图4至图6为本实用新型激光雷达门控信号发生装置在不同门控时间下采集到的信号图。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图对本发明进行详细说明。
[0012]如图1所示，本发明基于CPLD的激光雷达门控信号发生装置，包括激光检测模块、脉冲发生模块和PC机。激光检测模块包括光电探测器和放大器，光电探测器采用的是osd5-0光电探测器，其作用是将光信号转换成电信号，以便检测出激光脉冲何时发出；放大器采用的是0PA657，其作用是将光电转化器产生的电信号进行放大，以便能够提供足够大的电流驱动能力。脉冲发生模块采用CPLD，包括脉冲检测模块、计数器模块、波形发生模块和串口通信模块，脉冲检测模块是检测上述光电转化器的输出电信号的上升沿，即检测激光脉冲出射的时刻；计数器模块是在检测到激光脉冲出射以后在外部时钟的控制下进行计数的；波形发生模块是依据计数器模块所给的节拍，在计数器的控制下进行产生波形的；串口通信模块是与PC机进行通信的模块，该模块主要用于用户自定义门控的延时宽度。
[0013]本发明基于CPLD的激光雷达门控信号发生装置，使用时:
1、位于激光器附近的光电探测器应到激光后，产生激光出光的电子脉冲。
[0014]2、激光出光产生的电子脉冲触发脉冲检测模块，脉冲检测模块触发计数器模块，开始计数；根据上位机(PC机)传来的门控时间标准和计数器模块的计数在时钟的控制下产生门控信号。
[0015]3、CPLD产生的门控波形控制如图3所示，start为激光的外部触发信号，门控延迟一定的时间后到达gate_open产生开门信号，以此类推。其中，start由于激光脉冲信号产生，gate_open，gate_close，gate_end均有上位机通信而来的。
[0016]4、CPLD产生的门控波形直接送至光电倍增管的门控接口从而达到对激光雷达系统的门控。如图2所示为CPLD的接口电路示意，其中TXD、RXD产生串口信号，START检测脉冲触发信号，GATE_C0NTR0L产生门控信号送至光电倍增管。
[0017]如图4至图6所示为采用本实用新型激光雷达门控信号发生装置门控时间改变时采集到的信号图，图4为装置初始化的门控时间的信号图，图5为增加门控时间的信号图，图6为减少门控时间的信号图，其中第一个上升峰为触发信号，通过图中我们可以看到触发信号产生延迟一定的时间，门控信号产生。从图中可以看出，本发明门控信号发生装置的延时时间更加精确(精度20ns)，且控制时间的范围更宽(20ns~100us)，信号的噪声很小，完全满足门控的要求。
【主权项】
1.一种激光雷达门控信号发生装置，其特征在于，包括以下模块: 激光检测模块，用于检测激光脉冲，并输出电信号； 脉冲发生模块，用于检测激光检测模块输出电信号的上升沿，并产生门控波形； 所述脉冲发生模块采用CPLD。2.根据权利要求1所述的激光雷达门控信号发生装置，其特征在于，所述激光雷达门控信号发生装置还包括PC机；所述脉冲发生模块包括以下模块: 脉冲检测模块，用于检测激光检测模块输出电信号的上升沿； 计数器模块，由脉冲检测模块触发进行计数； 波形发生模块，根据计数器模块的计数产生门控波形； 串口通信模块，与PC机进行通信。3.根据权利要求1或2所述的激光雷达门控信号发生装置，其特征在于，所述CPLD采用 EMP570T100C5。4.根据权利要求1或2所述的激光雷达门控信号发生装置，其特征在于，所述激光检测模块包括光电检测器和放大器；所述光电探测器通过放大器与脉冲发生模块相连。5.根据权利要求4所述的激光雷达门控信号发生装置，其特征在于，所述光电探测器采用osd5-0光电探测器，放大器采用0PA657。
【专利摘要】本发明公开了一种激光雷达门控信号发生装置，包括以下模块：激光检测模块，用于检测激光脉冲，并输出电信号；脉冲发生模块，用于检测激光检测模块输出电信号的上升沿，并产生门控波形；其中，脉冲发生模块采用CPLD。本发明激光雷达门控信号发生装置延时时间控制更加精准、且易于控制调节。
【IPC分类】G01S7/487
【公开号】CN104950299
【申请号】CN201510412749
【发明人】单坤玲, 张衡衡, 卜令兵
【申请人】南京信息工程大学
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年7月15日