一种激光雷达接收装置的制作方法

本实用新型涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达接收装置。

背景技术：

随着激光检测技术的不断发展，激光雷达技术也得到了飞速的发展。激光雷达技术以脉冲式和相位式测量方式为主，而脉冲式测量方式具有测量距离远、抗干扰性强、不需要合作目标等优势，在厘米级精度要求的检测领域得到了广泛的应用。

脉冲式激光雷达的测距能力取决于发射端的激光功率、接收端放大电路的放大倍数以及时刻鉴别电路的阈值电压等因素，当放大电路的信号幅值能够触发时刻鉴别电路的阈值时，则能够获取当前距离，反之则不能获取当前距离；因此为了满足远距离测距，放大电路的放大倍数一般较大。但由于近距离时雷达会受到设备内部以及出光窗片的杂散光干扰，如果放大倍数较大，则近距离时杂散光干扰也较强，杂散光直接与障碍物返回的信号叠加，阈值触发的信号脉冲前沿为杂散光的前沿，影响障碍物的测距；而减小放大倍数的话直接影响测距能力。

为解决上述问题，目前常见的方法有控制激光功率、调节放大倍数等方法，但以上方法大都是先发射一个激光脉冲，获取当前距离后再调节功率或者放大倍数，一定程度上调节的滞后性很大，无法满足快速检测的要求，因此无法使用在快速扫描式的激光雷达上。

技术实现要素：

针对以上问题，为保证激光雷达测距无盲区，本实用新型提供了：

一种激光雷达接收装置，其特征在于，所述装置包括：

激光发射单元：用于输出激光起始脉冲，并向被测物发射激光；

光电转换单元：用于接收被测物的漫反射回波光，并将其转换为电信号；

增益控制单元：与激光发射单元连接，用于获取激光起始脉冲的时刻，启动增益控制信号的输出；

可调增益放大单元：与增益控制单元连接，获取增益控制信号，并根据增益控制信号调节放大倍数；可调增益放大单元与光电转换单元连接，将电信号进行放大。

优选的，所述增益控制单元为模拟积分电路，所述模拟积分电路的输入端连接所述激光发射单元的激光起始脉冲，输出随时间逐渐递增的模拟电压，所述模拟积分电路的输出端连接所述可调增益放大单元的增益控制端。

优选的，所述增益控制单元为数字控制模块，包括数字电路和数模转换电路；所述数字电路的输入端连接激光发射单元的激光起始脉冲，输出PWM信号或逐渐递增的二进制数；所述数字电路的输出端连接数模转换电路，所述数模转换电路输出随时间逐渐递增的模拟电压。

优选的，所述可调增益放大单元为高速压控放大器。

本实用新型提供的激光雷达接收装置，采用激光测距系统中放大电路放大倍数越大，检测能力越强，放大倍数越小，抗干扰能力越强的特点，以激光起始脉冲为触发信号，采用时间电压的转换原理，连续输出从小到大的电压控制信号，从而控制放大电路的放大倍数从小到大，即近距离时采用低放大倍数，能够避免杂散光的干扰；远距离放大倍数大，提升了测距能力。本实用新型不仅能够使系统测距无盲区，保证近、远距离的测距精度一致，还能够进一步提高系统的测距能力，并且还能够滤除通光窗口由于长期使用累积的灰尘的影响，使系统的稳定性得到很大提升。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本实用新型一种实施例的激光雷达接收装置的结构示意图；

图2为本实用新型一种实施例的RC积分电路的电路图和控制信号波形示意图；

图3为本实用新型另一种实施例的运放RC积分电路的电路图和控制信号波形示意图；

图4为本实用新型一种实施例的的数字控制电路的原理框图；

图5为本实用新型一种实施例的数字控制电路的信号波形示意图；

图6为本实用新型另一种实施例的数字控制电路的信号波形示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

下面以具体地实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图1为本实用新型一种实施例的激光雷达接收装置的结构示意图；如图1所示，本实施例的激光雷达接收装置，包括：

激光发射单元101：输出激光起始脉冲，并向被测物发射激光；

光电转换单元102：用于接收被测物的漫反射回波光，并将其转换为电信号；

增益控制单元103：连接激光发射单元，获取激光起始脉冲的时刻，启动增益控制信号的输出；

可调增益放大单元104：连接增益控制单元，获取增益控制信号，并根据增益控制信号调节放大倍数；连接光电转换单元，将电信号进行放大。

图2为本实用新型一种实施例的RC积分电路的电路图和控制信号波形示意图；

如图2所示，作为本实用新型一种实施例的优选，增益控制单元103为RC积分电路，包括第一电阻R1和第一电容C1；其中第一电阻R1的一端连接激光起始脉冲LD_PULSE，另一端连接第一电容C1以及可调增益放大单元104的增益控制端，第一电容C1的另一端接地。

如图2中的曲线所示，LD_PULSE为一个宽度为Tc的脉冲信号，当LD_PULSE信号到来时，RC积分电路开始充电，输出连续上升的近似直线的电压信号Uo1，从而控制可调增益放大单元104的放大倍数Gain1逐渐增大；当LD_PULSE信号结束时，RC积分电路开始放电，放电曲线非本实用新型应用的曲线，因此不再赘述。

需要说明的是，激光起始脉冲LD_PULSE的宽度Tc代表RC积分电路充电的时间以及放大电路增益持续调节的时间，因此需要根据激光测距的最大范围设置，如果激光测距的最大范围为S，则Tc≥S/2c，其中c为光速。

图3为本实用新型另一种实施例的运放RC积分电路的电路图和控制信号波形示意图；

如图3所示，作为本实用新型另一种实施例的优选，所述增益控制单元103为运放RC积分电路，包括第一运算放大器U1、第二电阻R2、第三电阻R3和第二电容C2；所述第二电阻R2的一端连接激光起始脉冲LD_PULSE，另一端连接第二电容C2及第一运算放大器U1的负输入端，其中第一运算放大器U1的正输入端连接第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端接地，第二电容C2的另一端连接第一运算放大器U1的输出端及可调增益放大单元104的增益控制端。

如图3中的曲线所示，LD_PULSE为一个宽度为Tc的脉冲信号，当LD_PULSE信号到来时，运放RC积分电路开始充电，输出连续上升的近似直线的电压信号Uo2，从而控制可调增益放大单元的放大倍数Gain2逐渐增大；当LD_PULSE信号结束时，RC积分电路开始放电，放电曲线非本实用新型应用的曲线，因此不再赘述。同样，激光起始脉冲LD_PULSE的宽度Tc≥S/2c，其中c为光速，S为激光最大测距范围。

还需要说明的是，RC积分电路的最大电压值与第一电阻R1、第一电容C1以及充电时间Tc有关，运放RC积分电路的最大电压值与第二电阻R2、第三电阻R3、第二电容R2以及第一运算放大器U1有关，最大电压关系到可调增益放大单元的最大增益，需要根据可调增益放大单元自身的参数进行设置，本实用新型仅保护电路的连接关系及使用方式，不对参数作限定。

图4为本实用新型一种实施例的的数字控制电路的原理框图；

如图4所示，作为本实用新型另一种实施例的优选，所述增益控制单元103为数字控制模块，包括数字电路401和数模转换电路402；其中数字电路的输入端连接激光发射单元的激光起始脉冲LD_PULSE，输出PWM信号或逐渐递增的二进制数；数字电路401的输出端连接数模转换电路402，数模转换电路402输出随时间逐渐递增的模拟电压。

图5为本实用新型一种实施例的数字控制电路的信号波形示意图；图5中，数字电路401收到激光起始脉冲LD_PULSE后开始输出PWM波Do1，经过数模转换电路402后输出逐渐增强的模拟信号Uo3，从而控制可调增益放大单元104的放大倍数Gain3逐渐增大。行内人员可知的，本实施例中，数模转换电路402可以为任意形式的充电电路，当PWM为高电平时，进行充电，当PWM为低电平时，停止充电。

图6为本实用新型另一种实施例的数字控制电路的信号波形示意图；图6中，数字电路401收到激光起始脉冲LD_PULSE后开始输出逐渐递增的二进制数Do2：000…000～111…111，经过数模转换电路402后输出逐渐增强的模拟信号Uo4，从而控制可调增益放大单元104的放大倍数Gain4逐渐增大。行内人员可知的，本实施例中，数模转换电路402可以为任意形式的DA转换器件，将输入的不同数字量转换为不同的模拟电压。

还需要说明的是，图5中数模转换电路输出的模拟电压值与激光起始脉冲LD_PULSE无关，与PWM波的占空比、PWM的个数以及充电电路的参数有关；图6中数模转换电路输出的模拟电压值与激光起始脉冲LD_PULSE无关，与数模转换电路的参考电压，器件参数有关，各个模拟电压关系到可调增益放大单元的增益，最大模拟电压关系到可调增益放大单元的最大增益，需要根据可调增益放大单元自身的参数进行设置，本实用新型仅保护电路的连接关系及使用方式，不对参数作限定。

本实用新型提供的一种激光雷达接收装置，采用激光测距系统中放大电路的放大倍数越大，检测能力越强，放大倍数越小，抗干扰能力越强的特点，以激光起始脉冲为触发信号，采用时间电压的转换原理，连续输出从小到大的电压控制信号，从而控制放大电路的放大倍数从小到大，即近距离时采用低放大倍数，能够避免杂散光的干扰；远距离放大倍数大，提升了测距能力。本实用新型不仅能够使系统测距无盲区，保证近、远距离的测距精度一致，还能够进一步提高系统的测距能力，并且还能够滤除通光窗口由于长期使用累积的灰尘的影响，使系统的稳定性得到很大提升。

另外，以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型权利要求所限定的范围。