[實用新型]一種超寬動態范圍激光回波接收裝置

有效

• 申請號: 201920531032.2
• 申請日: 2019-04-18
• 公開（公告）號: CN209842054U
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 彭波;汪能;鄭軼;馮齡;李中云;劉松林
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院電子工程研究所
• 主分類號: G01S7/487
• 分類號: G01S7/487
• 代理公司: 51288 綿陽山之南專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 沈強

本實用新型提供了一種超寬動態范圍激光回波接收裝置，該方案包括有門控脈沖發生器、高壓放大脈沖成形電路、高壓輸出電路、光電倍增管；門控脈沖發生器接入觸發脈沖信號和+12V輸入電源；門控脈沖發生器分別與高壓輸出電路和高壓放大成形電路電連接；高壓輸出電路的?LV高壓輸出端以及?HV高壓輸出端均與高壓放大脈沖成形電路的高壓輸入端電連接；高壓放大脈沖成形電路的輸出端與光電倍增管的電源輸入端電連接。該方案在脈沖激光由近及遠的傳播過程中，通過采用變高壓調制技術，控制光電倍增管的電源電壓由低到高變化，實現其增益以指數方式平滑增加，以提升回波接收的動態范圍，適應水下、雨霧等強散射環境中的目標探測。

技術領域

本實用新型涉及的是激光雷達領域，尤其是一種超寬動態范圍激光回波接收裝置。

背景技術

在現有技術中，采用激光探測水下目標和雨霧中的目標，最大難點是超寬動態范圍目標信號的接收問題。由于激光在水中和雨霧環境下傳輸時將遭受強烈的散射和吸收，光束能量呈指數衰減。為了能夠探測距離較遠的目標，需要采用峰值功率極大的脈沖光束，由此造成目標距離遠近不同時，回波強度差異顯著，加之水體/雨霧的后向散射干擾，回波強度的動態范圍可達5～6個數量級以上。然而，現有的光電探測器測量范圍均小于3個數量級，無法有效記錄這些超寬動態范圍的回波信號。

為了解決上述問題，目前采取的方法主要有：1)、減小接收視場角度，避開水體/雨霧的后向散射主峰，降低背景干擾和雜散信號，但此方法將導致目標近程探測存在盲區；2)、正交偏振技術，回波探測采用與發射光偏振方向正交的接收方式，雖然可以降低水體/雨霧的后向散射，但也同樣降低了目標回波的信號強度，作用距離有限，不利于遠距離探測；3)、相干探測，利用諸如法布里—珀羅干涉原理，只檢測回波中的相干光，但由于水體/雨霧散射作用的去相干性，回波中的相干光隨目標距離的增加急劇減少，因而該方法的目標探測距離有限；4)、瞬態能量對消，通過在回波信號后向散射主峰上疊加一個高速反向的瞬態對消電流，抑制光電探測器飽和，之后再將兩信號融合，還原真實信號波形，該方法的時刻對準精度需要納秒量級，且依賴于水體/雨霧的散射強度，系統復雜，環境適應性差，對消不準容易產生偽信號；5)、改變探測器增益，結合門控技術，通過改變光電倍增管內部某兩個倍增極之間的電壓，設置不同的接收增益，從而擴大回波接收范圍，雖然該方法在一定程度上擴展了光電倍增管的動態范圍，但實際系統中門控開啟前累積的大量光電子將在門控開啟后長時間泄放，對真正的目標回波產生較大的畸變影響。

實用新型內容

本實用新型的目的是解決激光雷達在水下、雨霧等強散射環境中探測目標時，光電接收器動態范圍不足的問題。在脈沖激光由近及遠的傳播過程中，通過采用變高壓調制技術，控制光電倍增管的電源電壓由低到高變化，實現其增益以指數方式平滑增加，以提升回波接收的動態范圍，適應水下、雨霧等強散射環境中的目標探測。

本方案是通過如下技術措施來實現的：

一種超寬動態范圍激光回波接收裝置，其特征是：包括有門控脈沖發生器、高壓放大脈沖成形電路、高壓輸出電路、光電倍增管；所述門控脈沖發生器接入觸發脈沖信號和+12V輸入電源；門控脈沖發生器分別與高壓輸出電路和高壓放大成形電路電連接；高壓輸出電路的-LV高壓輸出端以及-HV高壓輸出端均與高壓放大脈沖成形電路的高壓輸入端電連接；高壓放大脈沖成形電路的輸出端與光電倍增管的電源輸入端電連接。

作為本方案的優選：門控脈沖發生器包括有放大與比較模塊、控制時序模塊、-LV0高壓源、+5V穩壓源以及門控脈沖模塊；-LV0高壓源和+5V穩壓源接入+12V輸入電源；放大與比較模塊接入觸發脈沖信號；觸發脈沖信號依次經過放大與比較模塊、控制時序模塊后進入門控脈沖模塊；+5V穩壓源分別為放大與比較模塊、控制時序模塊提供電源；-LV0高壓源與門控脈沖模塊電連接；高壓輸出電路與+12V輸入電源電連接；門控脈沖模塊與高壓放大脈沖成形電路電連接。