[發(fā)明專(zhuān)利]基于硅光電倍增管的激光雷達(dá)快速探測(cè)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011118390.4
• 申請(qǐng)日: 2020-10-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112305519B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 來(lái)建成;許文進(jìn);李振華;王春勇;嚴(yán)偉;紀(jì)運(yùn)景;趙艷;吳志祥
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01S7/481
• 分類(lèi)號(hào): G01S7/481;G01S7/483;G01S7/4861;G01S17/08
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專(zhuān)利中心 32203
• 代理人: 汪清

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于硅光電倍增管的激光雷達(dá)快速探測(cè)系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)管理終端、時(shí)序控制電路、激光驅(qū)動(dòng)電路、脈沖激光器、發(fā)射透鏡組件、接收透鏡組件、硅光電倍增管、電源模塊、溫度傳感器、放大電路、比較器、數(shù)字電位器、基準(zhǔn)源、四通道TDC單元及第一處理器；本發(fā)明利用脈沖激光器發(fā)射激光，并引入硅光電倍增管作為探測(cè)器件以具有溫度補(bǔ)償功能的電源模塊驅(qū)動(dòng)，配合低噪聲的放大電路和比較器以及可進(jìn)行等效光子閾值調(diào)節(jié)的第一處理器、數(shù)字電位器，從而實(shí)現(xiàn)激光雷達(dá)的高效快速探測(cè)，本發(fā)明同時(shí)具有單光子靈敏度、線(xiàn)性性高、線(xiàn)性區(qū)間大、精度高等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于快速動(dòng)態(tài)目標(biāo)的實(shí)時(shí)探測(cè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光雷達(dá)探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于硅光電倍增管的激光雷達(dá)快速探測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

激光雷達(dá)具有響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)、探測(cè)精度高、發(fā)散角小等突出優(yōu)點(diǎn)，在航天、測(cè)繪、軍事等方面都有著廣泛的應(yīng)用，并且向著小型化，高速化的趨勢(shì)發(fā)展。隨著探測(cè)領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展。對(duì)于激光雷達(dá)的響應(yīng)速度提出了更高的要求，由于基于硅光電倍增管的激光雷達(dá)具有更高的探測(cè)效率和更快的響應(yīng)速度，有望成為現(xiàn)代激光雷達(dá)技術(shù)發(fā)展方向之一。

中國(guó)專(zhuān)利CN201910281397.9公開(kāi)了一種激光測(cè)距裝置及激光測(cè)距方法，通過(guò)處理器、激光控制模塊、激光脈沖陣列和達(dá)曼光柵，將入射的激光由陣列探測(cè)器接收光信號(hào)，通過(guò)處理器控制電子開(kāi)關(guān)閉合和激光測(cè)距電路得到不同區(qū)域的目標(biāo)信息。其缺點(diǎn)在于利用陣列探測(cè)器體積較大，不利于小型化集成化，其次使用陣列探測(cè)器探測(cè)效率和探測(cè)速度較慢，并有由于入射激光的后向散射會(huì)造成很高的虛警和漏測(cè)，不能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)背景噪聲條件下虛警率控制，因此實(shí)時(shí)性比較差，很難利用到快速動(dòng)態(tài)目標(biāo)的測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于硅光電倍增管的激光雷達(dá)快速探測(cè)系統(tǒng)，以提高激光雷達(dá)的探測(cè)效率和探測(cè)精度。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：

一種基于硅光電倍增管的激光雷達(dá)快速探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括數(shù)據(jù)管理終端、時(shí)序控制電路、激光驅(qū)動(dòng)電路、脈沖激光器、發(fā)射透鏡組件、接收透鏡組件、硅光電倍增管、電源模塊、溫度傳感器、放大電路、比較器、數(shù)字電位器、基準(zhǔn)源13、四通道TDC單元和第一處理器；

所述的數(shù)據(jù)管理終端用于存儲(chǔ)距離數(shù)據(jù)并控制整個(gè)激光雷達(dá)工作；所述時(shí)序控制電路用于控制激光器發(fā)出脈沖激光并發(fā)送開(kāi)始計(jì)時(shí)信號(hào)給TDC單元；所述激光驅(qū)動(dòng)電路，用于進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)激光器發(fā)光；所述發(fā)射透鏡組件用于整形激光器發(fā)出的脈沖激光并出射到被測(cè)物體上；所述接收透鏡組件用于整形激光回波的光路并將光耦合到硅光電倍增管上；所述電源模塊包括第二處理器和DC/DC升壓變換電路；所述硅光電倍增管連接有溫度傳感器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)硅光電倍增管的溫度，并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換到第二處理器；DC/DC升壓變換與硅光電倍增管相連，使得硅光電倍增管反向擊穿開(kāi)始探測(cè)實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換；所述第二處理器根據(jù)硅光電倍增管的溫度對(duì)比硅光電倍增管的基準(zhǔn)源控制DC/DC升壓變換電路控制輸出電壓；所述的放大電路用于放大模擬輸出信號(hào)；所述的比較器根據(jù)數(shù)字電位器的電平將放大的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并發(fā)送停止計(jì)時(shí)信號(hào)給四通道TDC單元；所述基準(zhǔn)源與數(shù)字電位器相連，用于提供一個(gè)光電子的幅度；所述第一處理器與數(shù)字電位器、數(shù)據(jù)管理終端和四通道TDC單元相連，數(shù)字電位器通過(guò)第一處理器控制，并且第一處理器將四通道TDC單元得到的激光的時(shí)間延時(shí)經(jīng)過(guò)處理后傳輸給數(shù)據(jù)管理終端。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是：

(1)本發(fā)明中的探測(cè)組件使用硅光電倍增管(SiPM)巧妙得將傳統(tǒng)蓋革模式APD的單光子靈敏度和線(xiàn)性APD的線(xiàn)性特性結(jié)合起來(lái)，使得整個(gè)系統(tǒng)同時(shí)具備線(xiàn)性特性和單光子靈敏度。

(2)接收透鏡組件將回波耦合到硅光電倍增管(SiPM)上，可以實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)探測(cè)同時(shí)探測(cè)到光子均勻分布到硅光電倍增管(SiPM)上，使得線(xiàn)性區(qū)間更大，從而可以實(shí)現(xiàn)微弱光到強(qiáng)光的探測(cè)。