[发明专利]一种脉冲激光近程动态增益控制电路有效

专利信息
申请号: 201510165757.0 申请日: 2015-04-09
公开(公告)号: CN104777471B 公开(公告)日: 2017-07-21
发明(设计)人: 王少平;梁华为;陈向成;许铁娟 申请(专利权)人: 中国科学院合肥物质科学研究院
主分类号: G01S7/489 分类号: G01S7/489
代理公司: 合肥天明专利事务所(普通合伙)34115 代理人: 宋倩,奚华保
地址: 23003*** 国省代码: 安徽;34
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摘要:
搜索关键词: 一种 脉冲 激光 近程 动态 增益 控制电路
【说明书】:

技术领域

发明涉及脉冲激光测量技术领域,具体是一种脉冲激光近程动态增益控制电路。

背景技术

脉冲激光雷达通过测量激光脉冲的飞行时间来检测目标相对距离,在近程(几十米范围)测量中,其单次的测量精度达到米级,然而作为一种可以快速获取目标准确距离的有效手段,这个精度依旧不够,造成精度较差的主要原因是由于接收机电子系统的动态范围的限制。脉冲激光雷达大都测量前方非合作目标,在近程测距情况下,由于目标的距离、发射特性等均在大动态范围内变动,使得激光脉冲的回波功率发生剧烈变化。而为了保证高精度的距离测量,回波接收电路必须严格工作在线性区,避免探测到的回波脉冲饱和失真,同时,其输出的信号脉冲幅度需要稳定在一定的范围内,从而减小时刻鉴别带来的漂移误差。

在脉冲激光测距应用中,当激光脉冲回波功率大幅度变化时,实现激光雷达高精度测距就需要在回波接收电路中引入AGC(自动增益控制)电路或STC(灵敏度时间控制)电路,然而关于AGC或STC在激光雷达方面的应用研究,目前并不是很成熟或者实现起来电路比较复杂,开发难度大,比如AGC电路,典型方法是使用对数放大器,同时还要配合加法和乘法运算电路。周强等人在论文《近距离脉冲激光探测接收和处理》中提出一种利用CPLD实现的近程增益控制方法,测量范围为50~500米,但是精度较差,而且该方法中没有给出50米以内近程的实现方式;胡春生在博士论文《脉冲半导体激光器高速三维成像激光雷达研究》中提出一种利用RC网络充放电的方式实现控制曲线的方法,实现了30米以内增益控制,由于RC网络充放电的特性,增益曲线的灵活性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种脉冲激光近程动态增益控制电路,利用灵敏度时间控制曲线(STC)来控制接收机中压控放大器的增益,使得近程回波接收电路输出的回波强度保持在较大的测距范围内,从而保证测距精度在一定范围内维持不变。

本发明的技术方案为:

一种脉冲激光近程动态增益控制电路,用于脉冲激光测距接收机,所述接收机包括压控放大器,该电路包括FPGA芯片和D/A转换器,所述FPGA芯片上设有ROM模块和STC控制机模块;

所述ROM模块,用于存储预先生成的电压控制信号与时间的关系曲线即灵敏度时间控制曲线数据;

所述STC控制机模块,用于在FPGA产生的窄脉冲信号的触发下读取ROM模块内存储的灵敏度时间控制曲线数据,并将读取的数据输出至D/A转换器;

所述D/A转换器,用于将灵敏度时间控制曲线数据进行D/A转换,并将转换得到的模拟电压控制信号输出至压控放大器以控制其增益。

所述的脉冲激光近程动态增益控制电路,该电路还包括低通滤波器,所述低通滤波器用于对模拟电压控制信号进行平滑处理,其输入端连接D/A转换器的输出端,其输出端连接压控放大器的电压控制信号输入端。

所述的脉冲激光近程动态增益控制电路,所述压控放大器采用VCA810型芯片。

与现有技术相比,本发明的优点在于只需要用预先生成的灵敏度时间控制曲线就可以控制激光脉冲回波信号的幅值,使其保持在线性放大器可以处理的范围内,本发明可以避免近程目标回波信号强度饱和,从而提高近程测距的精度,而且电路结构非常简单。

附图说明

图1是本发明具体实施例的结构示意图;

图2是本发明用于脉冲激光测距系统的原理框图;

图3是用于脉冲激光测距接收机的压控放大器和中级放大器的具体示例结构图;

图4是脉冲激光测距中回波信号强度与时间的关系曲线图;

图5是电压控制信号与时间的关系曲线图;

图6是VCA810的放大倍数与时间的关系曲线图;

图7是经过VCA810处理后的回波信号强度与时间的关系曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明。

如图1所示,一种脉冲激光近程动态增益控制电路,包括FPGA芯片11、高速D/A转换器12和低通滤波器13,FPGA芯片11上设有STC控制机模块111和ROM模块112。STC控制机模块111与ROM模块112交互式信号连接,STC控制机模块111的信号输出端连接高速A/D转换器12的信号输入端,高速A/D转换器12的信号输出端连接低通滤波器13的信号输入端,低通滤波器13的信号输出端连接压控放大器2的电压控制信号输入端。

本发明的工作原理:

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