一種激光雷達門控信號發(fā)生裝置的制造方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光雷達門控信號發(fā)生裝置，具體涉及一種基于CPLD (ComplexProgrammable Logic Device，復雜可編程邏輯器件)的激光雷達門控信號發(fā)生裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]激光雷達和光譜技術(shù)在大氣科學領域有著越來越廣泛的應用。目前為止，云的宏觀觀測技術(shù)已經(jīng)比較成熟，有人工觀測、云高儀、全天空成像儀、天氣雷達、衛(wèi)星遙感等多種手段。但是，對于云微物理特性的觀測方法還比較少，就對其進行連續(xù)觀測而言，目前毫米波雷達是被公認的一種有效的探測設備。但是，與毫米波雷達相比，激光雷達在空間分辨率、作用方式方面更具有優(yōu)勢，并且激光雷達各項技術(shù)比較成熟，系統(tǒng)簡單，運行維護成本低廉，在應用推廣上具有一定的優(yōu)勢。
[0003]但在激光雷達的運用中，由于激光器出光時能量較大，低空由于氣溶膠含量多、散射能力強，其回波功率較大，將會對高靈敏光電倍增管造成極大的損傷。因此，一般的做法是考慮在探測系統(tǒng)中設計一個門控電路來實現(xiàn)對光電倍增管的增益控制，及時方便的對光電倍增管的開門時刻進行控制，從而有效探測有用信號，避開較強的雜光的影響。國內(nèi)外目前普遍采用模擬電路的方式，即通過單片機和分立元件來實現(xiàn)對光電倍增管的門控。這種方案往往延時時間難以控制，分立元件較多，不利于集成化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種延時時間控制更加精準、且易于控制調(diào)節(jié)的門控信號發(fā)生裝置。
[0005]為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種激光雷達門控信號發(fā)生裝置，包括以下模塊:
激光檢測模塊，用于檢測激光脈沖，并輸出電信號；
脈沖發(fā)生模塊，用于檢測激光檢測模塊輸出電信號的上升沿，并產(chǎn)生門控波形；
其中，脈沖發(fā)生模塊采用CPLD。
[0006]本發(fā)明激光雷達門控信號發(fā)生裝置還包括PC機；上述脈沖發(fā)射模塊包括以下模塊:
脈沖檢測模塊，用于檢測激光檢測模塊輸出電信號的上升沿；
計數(shù)器模塊，由脈沖檢測模塊觸發(fā)進行計數(shù)；
波形發(fā)生模塊，根據(jù)計數(shù)器模塊的計數(shù)產(chǎn)生門控波形；
串口通信模塊，與PC機進行通信。
[0007]其中，CPLD采用 EMP570T100C5。
[0008]激光檢測模塊包括光電檢測器和放大器；光電探測器通過放大器與脈沖發(fā)生模塊相連。光電探測器采用osd5-0光電探測器，放大器采用0PA657。
[0009]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點: 1)采用可編程器件(CPLD)，與傳統(tǒng)的模擬系統(tǒng)相比具有開發(fā)周期短，電路易于維護和升級；
2)可編程器件內(nèi)部可以實現(xiàn)計數(shù)器等數(shù)字電子元器件，可大大減少外圍器件的使用，電路板易于設計，成本低；
3)整個電子系統(tǒng)穩(wěn)定性高，不易因為機械抖動而影響整個系統(tǒng)的工作，適合于惡劣的環(huán)境工作；
4)整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，易于控制和調(diào)節(jié)，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明激光雷達門控信號發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
圖2為圖1中脈沖發(fā)生模塊的接口電路圖；
圖3為本發(fā)明激光雷達門控信號發(fā)生裝置的控制原理圖；
圖4至圖6為本實用新型激光雷達門控信號發(fā)生裝置在不同門控時間下采集到的信號圖。
【具體實施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明。
[0012]如圖1所示，本發(fā)明基于CPLD的激光雷達門控信號發(fā)生裝置，包括激光檢測模塊、脈沖發(fā)生模塊和PC機。激光檢測模塊包括光電探測器和放大器，光電探測器采用的是osd5-0光電探測器，其作用是將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，以便檢測出激光脈沖何時發(fā)出；放大器采用的是0PA657，其作用是將光電轉(zhuǎn)化器產(chǎn)生的電信號進行放大，以便能夠提供足夠大的電流驅(qū)動能力。脈沖發(fā)生模塊采用CPLD，包括脈沖檢測模塊、計數(shù)器模塊、波形發(fā)生模塊和串口通信模塊，脈沖檢測模塊是檢測上述光電轉(zhuǎn)化器的輸出電信號的上升沿，即檢測激光脈沖出射的時刻；計數(shù)器模塊是在檢測到激光脈沖出射以后在外部時鐘的控制下進行計數(shù)的；波形發(fā)生模塊是依據(jù)計數(shù)器模塊所給的節(jié)拍，在計數(shù)器的控制下進行產(chǎn)生波形的；串口通信模塊是與PC機進行通信的模塊，該模塊主要用于用戶自定義門控的延時寬度。
[0013]本發(fā)明基于CPLD的激光雷達門控信號發(fā)生裝置，使用時:
1、位于激光器附近的光電探測器應到激光后，產(chǎn)生激光出光的電子脈沖。
[0014]2、激光出光產(chǎn)生的電子脈沖觸發(fā)脈沖檢測模塊，脈沖檢測模塊觸發(fā)計數(shù)器模塊，開始計數(shù)；根據(jù)上位機(PC機)傳來的門控時間標準和計數(shù)器模塊的計數(shù)在時鐘的控制下產(chǎn)生門控信號。
[0015]3、CPLD產(chǎn)生的門控波形控制如圖3所示，start為激光的外部觸發(fā)信號，門控延遲一定的時間后到達gate_open產(chǎn)生開門信號，以此類推。其中，start由于激光脈沖信號產(chǎn)生，gate_open，gate_close，gate_end均有上位機通信而來的。
[0016]4、CPLD產(chǎn)生的門控波形直接送至光電倍增管的門控接口從而達到對激光雷達系統(tǒng)的門控。如圖2所示為CPLD的接口電路示意，其中TXD、RXD產(chǎn)生串口信號，START檢測脈沖觸發(fā)信號，GATE_C0NTR0L產(chǎn)生門控信號送至光電倍增管。
[0017]如圖4至圖6所示為采用本實用新型激光雷達門控信號發(fā)生裝置門控時間改變時采集到的信號圖，圖4為裝置初始化的門控時間的信號圖，圖5為增加門控時間的信號圖，圖6為減少門控時間的信號圖，其中第一個上升峰為觸發(fā)信號，通過圖中我們可以看到觸發(fā)信號產(chǎn)生延遲一定的時間，門控信號產(chǎn)生。從圖中可以看出，本發(fā)明門控信號發(fā)生裝置的延時時間更加精確(精度20ns)，且控制時間的范圍更寬(20ns~100us)，信號的噪聲很小，完全滿足門控的要求。
【主權(quán)項】
1.一種激光雷達門控信號發(fā)生裝置，其特征在于，包括以下模塊: 激光檢測模塊，用于檢測激光脈沖，并輸出電信號； 脈沖發(fā)生模塊，用于檢測激光檢測模塊輸出電信號的上升沿，并產(chǎn)生門控波形； 所述脈沖發(fā)生模塊采用CPLD。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光雷達門控信號發(fā)生裝置，其特征在于，所述激光雷達門控信號發(fā)生裝置還包括PC機；所述脈沖發(fā)生模塊包括以下模塊: 脈沖檢測模塊，用于檢測激光檢測模塊輸出電信號的上升沿； 計數(shù)器模塊，由脈沖檢測模塊觸發(fā)進行計數(shù)； 波形發(fā)生模塊，根據(jù)計數(shù)器模塊的計數(shù)產(chǎn)生門控波形； 串口通信模塊，與PC機進行通信。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光雷達門控信號發(fā)生裝置，其特征在于，所述CPLD采用 EMP570T100C5。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光雷達門控信號發(fā)生裝置，其特征在于，所述激光檢測模塊包括光電檢測器和放大器；所述光電探測器通過放大器與脈沖發(fā)生模塊相連。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光雷達門控信號發(fā)生裝置，其特征在于，所述光電探測器采用osd5-0光電探測器，放大器采用0PA657。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種激光雷達門控信號發(fā)生裝置，包括以下模塊：激光檢測模塊，用于檢測激光脈沖，并輸出電信號；脈沖發(fā)生模塊，用于檢測激光檢測模塊輸出電信號的上升沿，并產(chǎn)生門控波形；其中，脈沖發(fā)生模塊采用CPLD。本發(fā)明激光雷達門控信號發(fā)生裝置延時時間控制更加精準、且易于控制調(diào)節(jié)。
【IPC分類】G01S7/487
【公開號】CN104950299
【申請?zhí)枴緾N201510412749
【發(fā)明人】單坤玲, 張衡衡, 卜令兵
【申請人】南京信息工程大學
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年7月15日