一种激光雷达放大电路的制作方法

本实用新型涉及放大电路，特别是关于激光雷达的放大电路，具体的讲是一种激光雷达放大电路。

背景技术：

激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，其作用是能精确测量目标位置、运动状态和形状，探测、识别、分辨或跟踪目标。采用TOF(Time of Flight)原理的激光雷达在实现测距过程中发射激光经目标反射形成回波脉冲，返回接收单元经处理后得出测距数据，测距过程中由于环境光的存在，回波脉冲中包含环境光干扰信号使测距数据受环境光变化的影响，具体表现为环境光干扰下测距值不准确且探测物体能量不准确。

在激光雷达实际使用中，常采用在光电转换器端或前级放大电路处添加滤波器的方法来减少环境光对回波脉冲的干扰，因为滤波器对有效信号也有一定的滤除效果，所以此种方法对回波信号的带宽产生一定的限制，削弱了激光雷达的探测范围，且在实际应用中此种方法环境光干扰消除不彻底，无法满足机械式激光雷达对精度的要求，本实用新型实施例提供的激光雷达放大电路通过把接收到的主信号与参考信号做差，使滤除由于环境光照射引起的电信号，有效解决了环境光干扰问题，且不会对回波信号带宽产生影响，保证了激光雷达的测距精度和目标能量反馈的准确性。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种激光雷达放大电路，通过将激光雷达主单元与参考单元产生的电信号做差，使滤除环境光作用产生的干扰信号，在不影响信号响应带宽的前提下有效解决了激光雷达的环境光干扰问题，提高了激光雷达抗环境光干扰能力。

本实用新型的目的是，提供一种激光雷达放大电路，包括：第一光电转换器1，第二光电转换器2，第一放大器3，第二放大器4，信号减法器5，信号合路器6，第三放大器7。

所述第一光电转换器和第二光电转换器，分别与第一放大器、第二放大器连接，用于把光信号转换成电信号；

所述第一放大器和第二放大器，用于把电流信号转换成电压信号；

所述信号减法器，与所述第一放大器和第二放大器连接，用于第一放大器、第二放大器输出的信号做减运算；

所述信号合路器，与信号减法器连接，用于差运算后的信号合路处理；

所述第三放大器，与所述信号合路器连接，用于放大信号、输出回波信号。

所述激光雷达采用TOF方法测距，环境光干扰情况下测距公式满足：

L＝C·(F(S1*S2)-Tstart)/2；

其中，L为激光雷达与目标间的距离；C为光速；F(S1*S2)表示滤除环境光干扰信号后的计时结束时间，Tstart表示计时开启时间，S1和S2分别表示主电信号和参考电信号，符号“*”表示信号减处理，F()表示计时模块对信号处理得到计时停止时间。

所述的信号减法器包括第一差分放大器，其P端与所述第一放大器输出连接，N端与所述第二放大器输出连接，用于实现第一放大器输出信号减去第二放大器输出信号；所述的信号减法器还包括第二差分放大器，其N端与所述第一放大器输出连接，P端与所述第二放大器输出连接，用于实现第二放大器输出信号减去第一放大器输出信号。

所述的激光雷达第一差分放大器作为主工作单元时，第二放大器作为参考单元，此时第一光电转换器接收激光信号和环境光信号，由于光学系统的存在，第二光电转换器仅接收环境光信号，信号减法器得出结果为第一差分放大器信号减去第二差分放大器信号。

所述的接收单元中主单元和参考单元在结构上一一对应，在切换通道时主单元和参考单元可角色互换、实现接收单元的复用。

本实用新型的有益效果在于，通过把放大电路产生的主信号与参考信号做差，使滤除由于环境光照射引起的电信号，有效解决了环境光干扰问题，且不会对回波信号带宽产生影响，保证了激光雷达的测距精度和目标能量反馈的准确性，且在使用中不增加原有接收单元的数量，实现接收单元的复用，节省了硬件资源，优化了产品成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种激光雷达放大电路的结构示意图；

图2为激光雷达测距发射脉冲、回波脉冲示意图；

图3为环境光引起的回波干扰信号；

图4为环境光干扰下回波信号和滤除环境光干扰的回波信号对比图；

图5为计时模块得到计时结束时间和回波脉宽示意图；

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型实施例提供的一种激光雷达放大电路的结构示意图，由图1可知，包括：第一光电转换器1，第二光电转换器2，第一放大器3，第二放大器4，信号减法器5，信号合路器6，第三放大器7。

所述第一光电转换器和第二光电转换器，分别与第一放大器、第二放大器连接，用于把光信号转换成电信号；

所述第一放大器和第二放大器，用于把电流信号转换成电压信号；

所述信号减法器，与所述第一放大器和第二放大器连接，用于第一放大器、第二放大器输出的信号做减运算；

所述信号合路器，与信号减法器连接，用于差运算后的信号合路处理；

所述第三放大器，与所述信号合路器连接，用于放大信号、输出回波信号。

所述激光雷达采用TOF方法测距，如图2所示，激光发射时间为TStart，接收到回波信号时间为TStop，计时模块得到计时数据为ΔT，则测距值为：

L＝C·ΔT/2

其中，L为激光雷达与目标间的距离；C为光速。

所述的信号减法器包括第一差分放大器，其P端与所述第一放大器输出连接，N端与所述第二放大器输出连接，用于实现第一放大器输出信号减去第二放大器输出信号；所述的信号减法器还包括第二差分放大器，其N端与所述第一放大器输出连接，P端与所述第二放大器输出连接，用于实现第二放大器输出信号减去第一放大器输出信号。

所述的激光雷达第一差分放大器作为主工作单元时，第二放大器作为参考单元，此时第一光电转换器接收激光信号和环境光信号，由于光学系统的存在，第二光电转换器仅接收环境光信号，信号减法器得出结果为第一差分放大器信号减去第二差分放大器信号。将所述主电信号与参考电信号做减运算，使滤除环境光作用下产生的电信号，环境光干扰产生的信号如图3所示，环境光干扰下回波信号和滤除环境光干扰的回波信号对比图如图4所示，在实际应用中假设阈值电压为VThread，环境光干扰下的计时结束时间为TStop1，滤除环境光干扰情况下的计时结束时间为TStop2；环境光干扰下的回波脉宽(表征回波能量)为ΔT1，滤除环境光干扰情况下的回波脉宽为ΔT2。可以清晰的看出环境光对激光雷达测距性能和能量探测性能的影响，以及滤除环境光干扰后的效果。

所述激光雷达在环境光干扰情况下测距公式满足：

L＝C·(F(S1*S2)-Tstart)/2；

其中，L为激光雷达与目标间的距离；C为光速；F(S1*S2)表示滤除环境光干扰信号后的计时结束时间，Tstart表示计时开启时间，S1和S2分别表示主电信号和参考电信号，符号“*”表示信号减处理，F()表示计时模块对信号处理得到计时停止时间。

所述激光雷达放大电路去除环境光干扰步骤具体包括：

S1：激光雷达发出脉冲激光信号，激光信号经被测目标反射后形成回波脉冲，该脉冲信号经过光学系统精准返回；

S2：激光雷达的第一光电转换单元接收环境光、回波脉冲并转化成主电信号，同时第二光电转换单元接收环境光并转化成参考电信号；

S3：主电信号和参考电信号进入信号减法器并做减运算，去除主电信号中由于接收环境光产生的的信号，得到做差结果信号并输入信号合路器得到第三电信号；

S4：第三电信号经第三放大器进一步放大得到最终回波信号进入后级，实现激光雷达的环境光抑制。

综上所述，本实用新型实施例提供了一种激光雷达放大电路，通过将激光雷达主单元与参考单元产生的电信号做差，使滤除环境光作用产生的干扰信号，在不影响信号响应带宽的前提下有效解决了激光雷达的环境光干扰问题，提高了激光雷达抗环境光干扰能力。

本实用新型中应用了具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。