[其他]光检测和测距(LIDAR)系统及无人载运工具

说明书

本文介绍的是用于实现基于比较器的光检测和测距系统及无人载运工具的技术，该光检测和测距系统具有诸如改进的高速比较器电路之类的改进组件，以从无人移动物体(例如，UAV)的周围环境获取深度信息。在各种实施例中，光检测和测距系统包括放大器模块，该放大器模块具有不同配置的抗饱和电路。光检测和测距系统还可以包括用于噪声干扰减少和定时测量补偿的各种反馈控制机构，包括例如光电检测器模块的动态增益调整和/或比较器的阈值的动态调整。除了其他组件之外，所公开的比较器电路可以为光检测和测距系统提供宽动态范围，从而防止大信号放大饱和，同时还提供小信号的充分放大。

技术领域

本公开总体涉及电子信号处理，并且更具体地涉及光检测和测距 (LIDAR)应用中的信号处理相关组件、系统和技术。

背景技术

随着性能的不断提高和成本的不断降低，诸如无人机(UAV)之类的无人可移动物体现在广泛地应用于许多领域。代表性任务包括农作物监测、不动产摄影、建筑物和其他结构的检查、消防和安全任务、边境巡逻以及产品交付等。对于障碍物检测以及其他功能，有益的是UAV配备有障碍物检测和周围环境扫描装置。由于光检测和测距 (LIDAR，也称为“光雷达”)能够在几乎所有天气条件下发挥作用，因此它是一种可靠而稳定的检测技术。然而，传统的LIDAR装置通常是昂贵的，因为它们需要高性能的模数转换器芯片，从而使得大多数传统的LIDAR装置不适合低成本的无人载运工具应用。

因此，仍然需要用于实现LIDAR扫描模块(例如，诸如由飞行器、空中平台、自主载运工具、船只或机器人承载的LIDAR扫描模块)的改进的技术和系统。

实用新型内容

以下概述为了读者的方便而提供，并且指出所公开的技术的一些代表性实施例。根据代表性实施例的光检测和测距系统包括：光感测模块，用于检测脉冲光信号并生成对应电子信号；以及放大器模块，耦接到所述光感测模块，用于处理所述对应电子信号。放大器模块还可以耦接到脉冲信息获取子系统以提取脉冲能量信息。放大器模块可以包括运算放大器和抗饱和电路，抗饱和电路耦接到运算放大器，用于基于对应电子信号的幅值选择性地减小运算放大器的增益，或用于将运算放大器接收的对应电子信号的幅值限制到预定范围，或用于这两者。在一些实施例中，该系统还可以包括控制器，该控制器具有用于接收脉冲能量信息的输入端和耦接到光感测模块的输出端。在一些实施方式中，控制器被配置为响应于脉冲能量信息而动态地控制光感测模块的增益。

一些实施例规定，抗饱和电路包括运算放大器抗饱和电路，该运算放大器抗饱和电路被定位在运算放大器的反馈回路上，用于减小该运算放大器的增益。根据实施例，随着对应电子信号的幅值的增加，可以通过运算放大器抗饱和电路来成比例地减小运算放大器的增益。

在一个或多个实施例中，抗饱和电路可以包括前置放大器抗饱和电路，该前置放大器抗饱和电路被定位在放大器模块的信号输入端与运算放大器的输入端之间，用于限制运算放大器接收的对应电子信号的幅值。在一些示例中，抗饱和电路还可以包括后置放大器抗饱和电路，该后置放大器抗饱和电路被定位在放大器模块的信号输出端与运算放大器的输出端之间，用于限制运算放大器输出的放大电子信号的幅值。

该光检测和测距系统还可以包括比较器模块，用于从运算放大器模块接收放大电子信号并生成数字化电子信号。此外，该系统可以包括时间数字转换器模块，用于接收数字化电子信号并生成与数字化电子信号相关联的时间信息。

根据某些实施例，控制器还可以耦接到比较器模块，用于基于由控制器观察到的噪声来动态地调整比较器模块的触发阈值。在一些示例中，当噪声超过比较器模块的触发阈值时，减小光感测模块的增益。

在一些变型中，控制器被配置为确定环境光是否是由控制器观察到的噪声的主要来源。在一些实施方式中，控制器被配置为在环境光被确定为是由控制器观察到的噪声的主要来源时，优先减小光感测模块的增益以减小来自噪声的可能干扰。在许多实施例中，控制器被配置为在环境光被确定为不是由控制器观察到的噪声的主要来源时，优先增大比较器模块的触发阈值以减小来自噪声的可能干扰。