基于多门全波形响应的高精度Gm‑APD激光雷达系统及其测距方法与流程

本发明属于激光探测技术领域。

背景技术：

gm-apd激光雷达以其探测灵敏度高，测距精度高等优点广泛的应用于远距离弱信号探测。但是由于gm-apd响应后需要一定时间抑制雪崩电流，这段时间就是gm-apd的死时间，这段时间无法响应后来的信号。这导致了gm-apd对回波信号响应不均衡，也就是说gm-apd对回波脉冲前部响应的概率高于后部的概率。这就造成了计数结果的峰值和回波信号的峰值的偏差，这种偏差影响随回波脉冲宽度的增加而增大。

在很多应用环境下(例如：水下、战场烟雾或是大雾沙尘等等)，回波信号脉冲的展宽效应很明显，严重的影响了gm-apd激光雷达的测距精度。

技术实现要素：

本发明是为了解决现有gm-apd响应后需要一定时间抑制雪崩电流，严重的影响了gm-apd激光雷达的测距精度的问题，提出了一种基于多门全波形响应的高精度gm-apd激光雷达系统及其测距方法。

本发明所述的基于多门全波形响应的高精度gm-apd激光雷达系统，它包括激光器1、分光器2、pin探测器3、光学发射系统4、光学接收系统5、滤光片6、gm-apd探测器7和门控处理模块8；

激光器1发射的激光信号经分光器2后分别入射至光学发射系统4的入射端和pin探测器3的探测面上；光学发射系统4用于发射激光脉冲信号；

pin探测器3的探测信号输出端连接门控处理模块8的一个激光探测信号输入端；

门控处理模块8的另一个激光探测信号输入端连接gm-apd探测器7的探测信号输出端，光学接收系统5接收的激光脉冲信号经滤光片6滤波后入射至gm-apd探测器7的探测面。

基于多门全波形响应的高精度gm-apd激光雷达系统的测距方法，该方法的具体步骤为：

步骤一、激光器1发射激光，经分光器2分光后，光学发射系统4向外发射激光脉冲信号，pin探测器3接收激光信号向门控处理模块8发送触发信号，门控处理模块8接收到触发信号后等待接收gm-apd探测器7探测的激光脉冲信号；

步骤二、门控处理模块8将接收pin探测器3发射的触发信号时间作为起始时间进行计时，并令△t＝1ns为一个时间段，当gm-apd探测器7经光学接收系统5在一个时间段内累计接收到三个激光脉冲信号时，设定累计接收三个激光脉冲信号的时间段为n0；

步骤三、门控处理模块8设定gm-apd探测器7的探测门为1ns，对n0时间段进行m次探测，记录成功探测到激光脉冲的数目m(n0)；

步骤四、将gm-apd探测器7的探测门右侧移动一个时间段n0+nright，nright的初始值为1，对n0+nright时间段进行m次的探测，记录成功探测到激光脉冲的数目m(n0+nright)，判断m(n0+nright)是否满足若是，令nright＝nright+1，继续执行步骤四，否则，执行步骤五；

步骤五、将gm-apd探测器7的探测门左侧移动一个时间段n0-nleft，nleft的初始值为1，对n0-nleft时间段进行m次的探测，记录成功探测到激光脉冲的数目m(n0-nleft)，判断m(n0-nleft)是否满足若是，令nleft＝nleft+1，继续执行步骤五，否则，执行步骤六；

步骤六、利用n0-nleft到n0+nrig^ht所有时间段的计数结果绘制回波信号波形，所述回波信号波形的峰值位置为探测目标位置，利用所述峰值位置对应的时间获得激光雷达系统与目标的距离。

本发明所述的系统及测距方法通过多门响应全波形的方法更加准确的获得回波信号波形，从而更加准确的判断回波信号峰值位置，从而提高gm-apd激光雷达在脉冲展宽严重环境下的测距精度。

附图说明

图1为本发明所述的基于多门全波形响应的高精度gm-apd激光雷达系统的原理框图；

图2有多门全波形响应的计数结果的回波信号波形图；

图3无多门全波形响应的计数结果的回波信号波形图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

具体实施方式一、结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的基于多门全波形响应的高精度gm-apd激光雷达系统，它包括激光器1、分光器2、pin探测器3、光学发射系统4、光学接收系统5、滤光片6、gm-apd探测器7和门控处理模块8；

激光器1发射的激光信号经分光器2后分别入射至光学发射系统4的入射端和pin探测器3的探测面上；光学发射系统4用于发射激光脉冲信号；

pin探测器3的探测信号输出端连接门控处理模块8的一个激光探测信号输入端；

门控处理模块8的另一个激光探测信号输入端连接gm-apd探测器7的探测信号输出端，光学接收系统5接收的激光脉冲信号经滤光片6滤波后入射至gm-apd探测器7的探测面。

具体实施方式二、本实施方式是对具体实施方式一所述的基于多门全波形响应的高精度gm-apd激光雷达系统的进一步说明，分光器2的分光比例为1：99。

分光器将99％的光信号发射至光学发射系统，将1％的光信号发射至pin探测器。

具体实施方式三、本实施方式所述基于多门全波形响应的高精度gm-apd激光雷达系统的测距方法，该方法的具体步骤为：

步骤一、激光器1发射激光，经分光器2分光后，光学发射系统4向外发射激光脉冲信号，pin探测器3接收激光信号向门控处理模块8发送触发信号，门控处理模块8接收到触发信号后等待接收gm-apd探测器7探测的激光脉冲信号；

步骤二、门控处理模块8将接收pin探测器3发射的触发信号时间作为起始时间进行计时，并令△t＝1ns为一个时间段，当gm-apd探测器7经光学接收系统5在一个时间段内累计接收到三个激光脉冲信号时，设定累计接收三个激光脉冲信号的时间段为n0；

步骤三、门控处理模块8设定gm-apd探测器7的探测门为1ns，对n0时间段进行m次探测，记录成功探测到激光脉冲的数目m(n0)；

步骤四、将gm-apd探测器7的探测门右侧移动一个时间段n0+nright，nright的初始值为1，对n0+nright时间段进行m次的探测，记录成功探测到激光脉冲的数目m(n0+nright)，判断m(n0+nright)是否满足若是，令nright＝nright+1，继续执行步骤四，否则，执行步骤五；

步骤五、将gm-apd探测器7的探测门左侧移动一个时间段n0-nleft，nleft的初始值为1，对n0-nleft时间段进行m次的探测，记录成功探测到激光脉冲的数目m(n0-nleft)，判断m(n0-nleft)是否满足若是，令nleft＝nleft+1，继续执行步骤五，否则，执行步骤六；

步骤六、利用n0-nleft到n0+nright所有时间段的计数结果绘制回波信号波形，所述回波信号波形的峰值位置为探测目标位置，利用所述峰值位置对应的时间获得激光雷达系统与目标的距离。

本实施方式首先根据三脉冲方法发现目标。我们选取△t＝1ns为一个小时间段，在激光发射脉冲信号触发pin探测器作为起始信号时间，然后每△t＝1ns叫做一个时间段。此时不设定探测门，gm-apd从激光信号发射就被激活，等待的回波信号，首先我们发射多次激光信号脉冲，其中接收机在某个时间段最先累计到三个脉冲，就先确定目标的大概位置，对应的时间段为n0。

然后将探测门设定为1ns，对n0的时间段进行m次的探测，记录下成功接收到脉冲的数目m(n0)。再然后将探测门向右侧移动一个，测量n0+1时间段，同样也进行m次的探测，记录下成功接收到脉冲的数目m(n0+1)，判断m(n0+1)是否满足若满足，测量n0+nright时间段，令nright＝nright+1不断的进行循环，循环过程中不断的判定，计数的结果必须满足大于第n0段的计数结果m(n0)的倍，也就是满足循环才继续进行，否则停止向右的循环。

当停止向右的循环，同理向左循环。测量n0-nleft时间段，nleft＝nleft+1不断的进行循环，分别记录下第n0-nleft时间段的计数结果m(n0-nleft)。当测量计数结果不满足时，停止循环。

这样我们就获得了从n0-nleft到n0+nright内所有时间段的计数结果，这些计数结果描绘出来的是没有受到之前信号响应影响的回波信号波形，然后进行峰值的查找，就可以获得更精确的回波信号位置，从而得到更高精度的测距信息。

由图2和图3可以看出传统的gm-apd没有采用本发明多门全波形响应的计数结果如图2所示，计数结果趋向于响应脉冲的前部，这是由于gm-apd一旦被触发，在死时间之内就不会再响应后来的信号。图3就是本发明的门控多门全波形响应的计数结果，它通过一个窄的时间门可以有效的去除其他部分信号的影响，因此本发明的门控多门全波形响应的计数结果更加接近回波信号，从而可以有效的保证测距精度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。