本發(fā)明涉及激光測(cè)量領(lǐng)域，特別涉及一種高精度時(shí)刻鑒別電路，應(yīng)用于激光測(cè)距領(lǐng)域。

技術(shù)背景

隨著激光技術(shù)的發(fā)展，激光測(cè)距的技術(shù)已經(jīng)趨于完善和成熟，其中脈沖激光測(cè)距法的發(fā)展迅速，應(yīng)用也十分廣泛。脈沖式激光測(cè)量采用激光器作為光源，發(fā)射出的激光經(jīng)被測(cè)量物體的反射后又被測(cè)距儀接收，測(cè)距儀同時(shí)記錄激光往返的時(shí)間，光速和往返時(shí)間的乘積的一半就是測(cè)距儀和被測(cè)量物體之間的距離，具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，可靠性高，抗干擾性能強(qiáng)，不需要合作目標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)，在民用和軍事上得到了廣泛應(yīng)用。

為了探測(cè)激光回波脈沖的到達(dá)時(shí)刻，一般采用時(shí)刻鑒別電路，時(shí)刻鑒別的目的在于將激光回波的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)具有時(shí)間信息的數(shù)字邏輯信號(hào)。當(dāng)輸入信號(hào)的幅值滿足設(shè)定的要求，就產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為由高低電平表示的數(shù)字信號(hào)。

目前主要的時(shí)刻鑒別方法有前沿時(shí)刻鑒別、恒比定時(shí)鑒別和高通容阻時(shí)刻鑒別；前沿時(shí)刻鑒別電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但其精度受回波幅度的影響，閾值不好設(shè)定；恒比定時(shí)鑒別不受回波幅度的影響，但是測(cè)量遠(yuǎn)距離目標(biāo)時(shí)，回波脈沖往往很弱、信噪比低，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的時(shí)間擾動(dòng)，從而影響時(shí)刻鑒別的精度；高通容阻時(shí)刻鑒別電路的鑒別時(shí)刻點(diǎn)一般在脈沖幅值點(diǎn)，但時(shí)間漂移較大；申請(qǐng)?zhí)枮?01510200729.8的發(fā)明公開了一種雙通道時(shí)刻鑒別電路的研究，其缺陷在于：恒比定時(shí)時(shí)刻鑒別與前沿時(shí)刻鑒別相結(jié)合不能更大的提高時(shí)刻鑒別精度，只是降低誤警、虛警概率。為了能夠同時(shí)解決波形變化和噪聲干擾引起的定時(shí)誤差，有必要對(duì)上述時(shí)刻鑒別電路進(jìn)行改進(jìn)和完善。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種脈沖激光雷達(dá)的雙接收通道，能夠有效避免因回波幅度和回波干擾引起的漂移誤差，降低誤警和虛警概率，提高時(shí)刻鑒別的精度，從而進(jìn)一步有效提高脈沖式激光測(cè)距的測(cè)量精度。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明之目的，采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種脈沖激光雷達(dá)的雙接收通道，包括前沿時(shí)刻鑒別通道、高通容阻時(shí)刻鑒別通道和門電路；前沿時(shí)刻鑒別通道中，輸入信號(hào)加于閾值比較器的正向輸入端，電源電壓經(jīng)由電位器加于閾值比較器的反向輸入端，閾值能根據(jù)電位器調(diào)整；高通容阻時(shí)刻鑒別通道中，高通濾波次數(shù)是能控制的，輸入信號(hào)經(jīng)高通濾波單元微分處理后加于高速比較器的正向輸入端，外加比較電壓經(jīng)由電位器加于高速比較器的反相輸入端，高速比較器的轉(zhuǎn)態(tài)發(fā)生于兩輸入端信號(hào)相等的時(shí)刻；將閾值比較器和高速比較器的輸出通過門電路相與。

本發(fā)明的有益效果是：采用一種脈沖激光雷達(dá)的雙接收通道，包括前沿時(shí)刻鑒別通道和高通容阻時(shí)刻鑒別通道結(jié)合，兩通道共同獲取和決定激光回波的到來時(shí)刻，即提高了時(shí)刻鑒別的精度，又降低了測(cè)量的虛警概率；一方面，前沿時(shí)刻鑒別通道通過設(shè)定合適的閾值，可避免鑒別的時(shí)刻受到疊加在激光回波上的噪聲干擾而產(chǎn)生誤觸發(fā)；另一方面，高通容阻時(shí)刻鑒別通道有效解決了激光回波脈沖幅度變化引起的時(shí)間游動(dòng)，使鑒別的時(shí)刻不受回波幅度的變化產(chǎn)生影響；本發(fā)明適合于高能量的窄脈沖和大距離范圍的探測(cè)，能夠克服波形變化和噪聲干擾引起的定時(shí)誤差。

附圖說明

圖1是本發(fā)明原理框圖。

圖2是本發(fā)明接收通道中前沿時(shí)刻鑒別通道電路圖。

圖3是本發(fā)明接收通道中高通容阻時(shí)刻鑒別通道電路圖。

圖4是本發(fā)明接收通道鑒別時(shí)刻與輸入信號(hào)幅度的關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步說明。

實(shí)施例：

結(jié)合圖1，一種脈沖激光雷達(dá)的雙接收通道包括前沿時(shí)刻鑒別通道和高通容阻時(shí)刻鑒別通道，前沿時(shí)刻鑒別通道中，輸入信號(hào)加于閾值比較器的正向輸入端，電源電壓經(jīng)由電位器加于閾值比較器的反向輸入端，閾值能根據(jù)電位器調(diào)整；高通容阻時(shí)刻鑒別通道中，高通濾波次數(shù)是能選擇的，輸入信號(hào)經(jīng)高通濾波單元微分處理后加于高速比較器的反向輸入端，外加比較電壓經(jīng)由電位器加于高速比較器的正向相輸入端，高速比較器的轉(zhuǎn)態(tài)發(fā)生于兩輸入端信號(hào)相等的時(shí)刻；閾值比較器和高速比較器的輸出通過門電路相與，輸出的信號(hào)則為所鑒別出的激光回波時(shí)刻。

結(jié)合圖2，前沿時(shí)刻鑒別通道包括閾值比較器U1和第一滑動(dòng)變阻器R01。閾值比較器U1的正向輸入端與輸入信號(hào)Vin相連，反相輸入端與第一滑動(dòng)變阻器R01的第二腳相連；第一滑動(dòng)變阻器R01的第一腳與供電電源VCC相連，第三腳接地。第一滑動(dòng)變阻器R01作為電位器，閾值比較器U1的負(fù)向輸入端通過滑動(dòng)第一滑動(dòng)變阻器R01改變阻值來設(shè)定一個(gè)恒定的直流電平，直流電平的數(shù)值根據(jù)回波波形的噪聲情況統(tǒng)計(jì)確定。

結(jié)合圖3，高通容阻時(shí)刻鑒別通道包括高速比較器U2，偏置電路，高通濾波單元；其中，第一電容C1與第一電阻R1組成一級(jí)高通濾波單元，輸入信號(hào)Vin加于第一電容C1的第一端，電容C1的第二端與第一電阻R1的第一端相連；第二電容C2與第二電阻R2組成二級(jí)高通濾波單元，第二電容C2的第一端接第一電阻R1的第一端，第二電容C2的第二端與第二電阻R2的第一端相連，電阻R1和R2的第二端都接地；電阻R1的第一端和電阻R2的第一端分別與開關(guān)S1的第一端和第二端相連；第二電容C2的第二端與高速比較器U2的正向輸入端相連；高速比較器U2的正向輸入端同時(shí)接入偏置電路；高速比較器U2的反向輸入端與第三滑動(dòng)變阻器R03的第二腳相連；第三滑動(dòng)變阻器R03的第一腳與供電電源VCC相連，第三腳接地；第三滑動(dòng)變阻器R03作為電位器，高速比較器U2的反向輸入端通過滑動(dòng)第三滑動(dòng)變阻器R03改變阻值來設(shè)定一個(gè)恒定的直流電平。

結(jié)合圖3，第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第二滑動(dòng)變阻器R02和第三電容C3組成偏置電路；其中，第三電阻R3的第一端與高速比較器U2的正向輸入端相連，其第二端與第三電容C3的第一端相連；第四電阻R4的第一端與第二滑動(dòng)變阻器R02的第一端相連，其第二端接+5V電源VCC；第五電阻R5的第一端接-5V電源VEE，其第二端與第二滑動(dòng)變阻器R02的第三端相連；第二滑動(dòng)變阻器R02的第二端與第三電容C3的第一端相連；第三電容C3的第二端接地；偏置電路通過滑動(dòng)第二滑動(dòng)變阻器R02改變阻值來調(diào)整分壓為高速比較器U2的正向輸入端設(shè)置一個(gè)初始的偏壓，防止沒有信號(hào)輸入時(shí)，比較器處于不穩(wěn)定的狀態(tài)而出現(xiàn)震蕩。

結(jié)合圖4，確定高通濾波次數(shù)，設(shè)定回波上升沿的1/2處為時(shí)刻鑒別的時(shí)刻點(diǎn)，則濾波次數(shù)k＝2，漂移誤差為式中k為濾波次數(shù)，t_r為回波信號(hào)的上升時(shí)間，假定回波信號(hào)的上升時(shí)間為10ns，則計(jì)算可得漂移時(shí)間為5ns。此時(shí)所確定的電路參數(shù)為：第一電阻R1和第二電阻R2為750歐姆，第一電容C1和第二電容C2為1皮法，第三滑動(dòng)變阻器R03滑片處于50％處，第四電阻R4為1000歐姆，第五電阻R5為1000歐姆，第二滑動(dòng)變阻器R02滑片處于20％處，第三電容C3為1微法。

結(jié)合圖4，根據(jù)理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，高通容阻時(shí)刻鑒別通道中各波形的示意圖如圖4所示，圖中V_i(t)為輸入信號(hào)波形。當(dāng)要求測(cè)距精度一般時(shí)，開關(guān)S1關(guān)閉，輸入信號(hào)V_i(t)經(jīng)過一級(jí)高通容阻濾波輸出信號(hào)波形V₁(t)，此時(shí)再經(jīng)過高速比較器輸出的鑒別時(shí)刻在輸入信號(hào)V_i(t)的峰值點(diǎn)對(duì)應(yīng)時(shí)刻；當(dāng)要求測(cè)距精度高時(shí)，開關(guān)S1打開，輸入信號(hào)V_i(t)經(jīng)過兩級(jí)高通容阻濾波輸出信號(hào)波形V₂(t)；V_o(t)為V₂(t)經(jīng)過高速比較器輸出的鑒別時(shí)刻觸發(fā)脈沖信號(hào)。

在接收到目標(biāo)回波信號(hào)時(shí)，前沿時(shí)刻鑒別通道檢測(cè)目標(biāo)信號(hào)是否達(dá)到閾值，當(dāng)接收信號(hào)大于設(shè)定的閾值，即認(rèn)為目標(biāo)有效，從而觸發(fā)信號(hào)輸入門電路，使高通容阻時(shí)刻鑒別通道的觸發(fā)信號(hào)有效。