[發明專利]一種基于脈沖式激光測距的回波補償系統

有效

• 申請號: 201711236403.6
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN108008373B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 冉銀春;孫長征;郭忠華;孫家強;余江
• 申請（專利權）人: 上海擎朗智能科技有限公司
• 主分類號: G01S7/497
• 分類號: G01S7/497;G05F1/46;G05F1/567
• 代理公司: 成都眾恒智合專利代理事務所(普通合伙) 51239
• 代理人: 王世權

1.一種基于脈沖式激光測距的回波補償系統，其特征在于：包括高壓發生電路，高壓檢測電路，溫度檢測電路，APD ，I/V轉換電路，增益放大電路，恒比定時電路，數字濾波電路，時差測量電路和由高速FPGA為核心控制的主控制器；

所述高壓發生電路與所述主控制器連接，在所述主控制器的控制下產生可調高壓直流電壓，其電壓輸出端與所述APD的反向端連接，以保證所述APD反偏電壓的穩定性；

所述APD為高速雪崩光電二極管，用于探測物體反射光，并將光信號轉換成電流信號，其電流信號的輸出端與所述I/V轉換電路連接，所述溫度檢測電路與所述主控制器連接，用于檢測所述高速雪崩光電二極管的溫度變化，并將所檢測的溫度信息實時傳送至所述主控制器，所述高壓檢測電路分別與所述高壓發生電路和所述主控制器連接，用于采集所述高速雪崩光電二極管上端的高壓信息，并將所采集到的高壓信息反饋給所述主控制器，所述主控制器根據所述溫度檢測電路所傳送的溫度信息對所述高速雪崩光電二極管進行高壓補償，并且根據所述高壓檢測電路所反饋的高壓信息控制所述高壓發生電路的高壓輸出大小，從而使所述高速雪崩光電二極管在各種環境溫度下均能保持最佳工作狀態，使得高速雪崩光電二極管在不同環境溫度下都能具有最佳的增益，從而更好的保證接收回波的穩定性；

所述I/V轉換電路將來自所述APD的電流信號轉換成電壓信號，其電壓信號輸出端與所述增益放大電路的輸入端連接，所述增益放大電路輸出端與所述恒比定時電路輸入端連接，將放大后的電壓信號輸入至所述恒比定時電路，所述恒比定時電路將由所述增益放大電路輸入的電壓信號分離出脈沖激光飛行時差信號和回波脈沖寬度信號，所述恒比定時電路的輸出端與所述數字濾波電路的輸入端連接，用于將所述脈沖激光飛行時差信號和所述回波脈沖寬度信號傳送至所述數字濾波電路，所述數字濾波電路有兩個輸出端，并且分別與所述主控制器和所述時差測量電路連接，所述數字濾波電路用于將接收到的所述脈沖激光飛行時差信號和所述回波脈沖寬度信號進行濾波處理后傳送至所述主控制器，所述時差測量電路對所述數字濾波電路進行濾波處理后的所述脈沖激光飛行時差信號和所述回波脈沖寬度信號進行測量，并將測量后的數據傳送至所述主控制器，所述主控制器控制和讀取所述時差測量電路的數據后，并根據該數據進行修正和補償，將回波脈沖信號寬度轉換成信號寬度距離值Stw；

當回波脈沖信號寬度變窄時，計算出的Stw值也會隨之變小，但距離誤差將會變大，因此，不同的Stw值對應的距離誤差也不一樣，將這些誤差預先測出并存儲在Fn{Stw}數組中，主控制器根據實時信號寬度距離值與存儲在Fn{Stw}數組中的值進行比較，再根據相應的回波脈沖信號寬度對其信號寬度距離值Stw進行修正，得到寬度修正值W，修正公式為：

W=Fn{Stw} 式四

于是，W=b-k*Stw 式五

并且，k=Fn{Stw[n+1]}-Fn{Stw[n]}，且W≥0； 式六

其中，b為當前回波脈沖信號寬度對應的補償寬度最大值，k為當前回波脈沖信號寬度對應的補償系數，Stw[n] 為寬度誤差查詢表，n為當前回波脈沖信號寬度值的整數，Stw為當前的回波脈沖信號寬度距離值；

由于電信號在硬件電路傳輸過程中會有延時現象，所以就會出現一個延時誤差，而這個誤差是固定的，所以最終測量距離換算公式為：

D=C*Tu/2-Dt-W 式七

D為修正后的測量距離，單位為m，Dt為固定延時誤差，單位為m，C為光速分辨率，W為寬度修正值，單位為m，Tu為激光發射觸發信號到返回信號上升沿時刻。

2.根據權利要求1所述的一種基于脈沖式激光測距的回波補償系統，其特征在于：所述高壓發生電路在所述主控制器的控制下產生電壓范圍為100V-200V的可調高壓，其可調電壓分辨率為0.5V。

3.根據權利要求2所述的一種基于脈沖式激光測距的回波補償系統，其特征在于：所述時差測量電路的測量精度為10ps，可同時測量脈沖激光飛行時差信號和回波脈沖寬度信號。