[發明專利]一種激光雷達前端接收電路及強度信息補償方法

在審

• 申請號: 202010734375.6
• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN113985387A
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 朱樟明;王夏宇;馬瑞;李棟;劉馬良;胡進
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S7/4861
• 分類號: G01S7/4861;G01S7/4865;G01S7/497
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 李園園

本發明涉及一種激光雷達前端接收電路及強度信息補償方法，包括：模擬前端電路和距離與強度信息獲取單元，其中，模擬前端電路用于接收探測目標反射的光電流信號和信號處理與控制單元產生的復位信號，輸出上升沿時刻鑒別信號、下降沿時刻鑒別信號與幅度信號；距離與強度信息獲取單元的輸入端與模擬前端電路的輸出端電連接，接收上升沿時刻鑒別信號、下降沿時刻鑒別信號、幅度信號、參考時鐘信號以及信號處理與控制單元產生的開始信號，輸出第一激光脈沖飛行時間信息、第二激光脈沖飛行時間信息和脈沖幅度信息。該激光雷達前端接收電路，在不需要高速模數轉換器的情況下，能夠同時輸出距離信息與強度信息，有效降低了整機成本和設計復雜度。

技術領域

本發明屬于激光雷達光信號接收機系統技術領域，具體涉及一種激光雷達前端接收電路及強度信息補償方法。

背景技術

激光雷達從最初的激光測距、激光制導等軍事應用，經過不斷的發展，基于其特有的三維成像能力，在地理測繪、航天器導航、無人機探測等領域得到了廣泛的應用。三維成像激光雷達的發展經歷了單點式、多通道線列掃描式到陣列式的整體演變。由于傳統的激光雷達受制于體積、成本、功耗等因素，在自動駕駛等民用領域難以實現大規模應用。在激光雷達系統中，前端模擬電路制約著系統的整體性能。高性能、全集成的激光雷達前端模擬電路已經成為激光雷達研究領域的重要發展方向。

激光雷達系統一般由激光發射單元、光學系統以及接收單元組成。與單光子檢測激光雷達相比，線性模式激光雷達能夠實現強度信息檢測，有助于提升目標物體識別能力。傳統的線性模式激光雷達需要通過模數轉換器(ADC)對跨阻放大器的輸出進行采樣，從而實現強度信息檢測，這對模數轉換器的采樣率具有非常高的要求，因此整機系統的成本難以降低。同時，跨阻放大器電路的動態范圍通常較小，因此接收單元能夠同時獲取強度與距離信息的動態范圍受到前端放大電路的限制。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種激光雷達前端接收電路及強度信息補償方法。本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：

本發明實施例提供了一種基于強度信息補償的激光雷達前端接收電路，包括：模擬前端電路和距離與強度信息獲取單元，其中，

所述模擬前端電路用于接收探測目標反射的光電流信號和信號處理與控制單元產生的復位信號，對所述光電流信號進行轉換和放大，并且根據轉換和放大后的信號進行回波時刻鑒別和幅度信息監測，輸出上升沿時刻鑒別信號、下降沿時刻鑒別信號與幅度信號；

所述距離與強度信息獲取單元的輸入端與所述模擬前端電路的輸出端電連接，所述距離與強度信息獲取單元用于接收所述上升沿時刻鑒別信號、所述下降沿時刻鑒別信號、所述幅度信號、參考時鐘信號以及所述信號處理與控制單元產生的開始信號，根據所述開始信號和所述參考時鐘信號對所述上升沿時刻鑒別信號和所述下降沿時刻鑒別信號進行時間信息轉換，輸出第一激光脈沖飛行時間信息和第二激光脈沖飛行時間信息，并對所述幅度信號進行數據轉換，輸出脈沖幅度信息。

在本發明的一個實施例中，所述模擬前端電路包括放大器單元、時刻鑒別單元、峰值采樣保持電路和單位增益緩沖器，其中，

所述放大器單元的輸入端輸入所述光電流信號和共模信號，其同相電壓信號輸出端輸出同相電壓信號并與所述時刻鑒別單元的同相輸入端、所述峰值采樣保持電路的第一輸入端電連接，反向電壓信號輸出端輸出反相電壓信號；

所述時刻鑒別單元的反相輸入端輸入閾值電壓信號，第一輸出端輸出所述上升沿時刻鑒別信號，第二輸出端輸出所述下降沿時刻鑒別信號；

所述峰值采樣保持電路的第二輸入端輸入所述復位信號，輸出端與所述單位增益緩沖器的同相輸入端電連接；

所述單位增益緩沖器的輸出端與其反相輸入端電連接且輸出所述幅度信號。

在本發明的一個實施例中，所述放大器單元包括第一放大器、后級放大器、第一電阻、第一電容和第二電阻，其中，