一種激光雷達(dá)門控信號發(fā)生裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種激光雷達(dá)門控信號發(fā)生裝置，具體涉及一種基于CPLD(Complex Programmable Logic Device，復(fù)雜可編程邏輯器件)的激光雷達(dá)門控信號發(fā)生裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]激光雷達(dá)和光譜技術(shù)在大氣科學(xué)領(lǐng)域有著越來越廣泛的應(yīng)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(dá)、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(dá)是被公認(rèn)的一種有效的探測設(shè)備。但是，與毫米波雷達(dá)相比，激光雷達(dá)在空間分辨率、作用方式方面更具有優(yōu)勢，并且激光雷達(dá)各項技術(shù)比較成熟，系統(tǒng)簡單，運行維護成本低廉，在應(yīng)用推廣上具有一定的優(yōu)勢。
[0003]但在激光雷達(dá)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(shè)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]本實用新型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(zhǔn)、且易于控制調(diào)節(jié)的門控信號發(fā)生裝置。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本實用新型提供了一種激光雷達(dá)門控信號發(fā)生裝置，該激光雷達(dá)門控信號發(fā)生裝置與待控制光電倍增管的門控電路接口相連；所述激光雷達(dá)門控信號發(fā)生裝置包括激光檢測模塊、脈沖發(fā)生模塊；激光檢測模塊通過脈沖發(fā)生模塊與所述待控制光電倍增管的門控電路接口相連。
[0006]其中，脈沖發(fā)生模塊采用CPLD。
[0007]上述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；脈沖檢測模塊依次通過計數(shù)器模塊和波形發(fā)生模塊與待控制光電倍增管的門控電路接口相連。激光雷達(dá)門控信號發(fā)生裝置還包括PC機；串口通信模塊與PC機相連。
[0008]CPLD 采用 EMP570T100C5。
[0009]上述激光檢測模塊包括光電檢測器和放大器；光電檢測器通過放大器與脈沖發(fā)生模塊相連。
[0010]或脈沖發(fā)生模塊包括脈沖檢測模塊、計數(shù)器模塊、波形發(fā)生模塊；脈沖檢測模塊依次通過計數(shù)器模塊和波形發(fā)生模塊與待控制光電倍增管的門控電路接口相連。
[0011]光電檢測器采用osd5-0光電探測器；放大器采用0PA657。
[0012]本實用新型相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點:
[0013]I)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；
[0014]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(shè)計，成本低；
[0015]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；
[0016]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】
[0017]圖1為本實用新型激光雷達(dá)門控信號發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
[0018]圖2為圖1中脈沖發(fā)生模塊的接口電路圖；
[0019]圖3為本實用新型激光雷達(dá)門控信號發(fā)生裝置的控制原理圖；
[0020]圖4至圖6為本實用新型激光雷達(dá)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】
[0021]下面結(jié)合附圖對本實用新型進行詳細(xì)說明。
[0022]如圖1所示，本實用新型基于CPLD的激光雷達(dá)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。
[0023]本實用新型基于CPLD的激光雷達(dá)門控發(fā)生裝置，使用時:
[0024]1、位于激光器附近的光電探測器應(yīng)到激光后，產(chǎn)生激光出光的電子脈沖。
[0025]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(biāo)準(zhǔn)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。
[0026]3XPLD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(dá)gate_0pen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。
[0027]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(dá)到對激光雷達(dá)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。
[0028]如圖4至圖6所示為采用本實用新型激光雷達(dá)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(dá)門控信號發(fā)生裝置，所述激光雷達(dá)門控信號發(fā)生裝置與待控制光電倍增管的門控電路接口相連；其特征在于，所述激光雷達(dá)門控信號發(fā)生裝置包括激光檢測模塊、脈沖發(fā)生模塊；所述激光檢測模塊通過脈沖發(fā)生模塊與所述待控制光電倍增管的門控電路接口相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光雷達(dá)門控信號發(fā)生裝置，其特征在于，所述脈沖發(fā)生模塊采用CPLD。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光雷達(dá)門控信號發(fā)生裝置，其特征在于，所述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；所述脈沖檢測模塊依次通過計數(shù)器模塊和波形發(fā)生模塊與待控制光電倍增管的門控電路接口相連；所述激光雷達(dá)門控信號發(fā)生裝置還包括PC機；所述串口通信模塊與PC機相連。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光雷達(dá)門控信號發(fā)生裝置，其特征在于，所述CPLD采用EMP570T100C5。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光雷達(dá)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；所述光電檢測器通過放大器與脈沖發(fā)生模塊相連。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光雷達(dá)門控信號發(fā)生裝置，其特征在于，所述脈沖發(fā)生模塊包括脈沖檢測模塊、計數(shù)器模塊、波形發(fā)生模塊；所述脈沖檢測模塊依次通過計數(shù)器模塊和波形發(fā)生模塊與待控制光電倍增管的門控電路接口相連。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光雷達(dá)門控信號發(fā)生裝置，其特征在于，所述光電檢測器采用osd5-0光電探測器；所述放大器采用0PA657。
【專利摘要】本實用新型公開了一種激光雷達(dá)門控信號發(fā)生裝置，該激光雷達(dá)門控信號發(fā)生裝置與待控制光電倍增管的門控電路接口相連；其中，激光雷達(dá)門控信號發(fā)生裝置包括激光檢測模塊、脈沖發(fā)生模塊；激光檢測模塊通過脈沖發(fā)生模塊與所述待控制光電倍增管的門控電路接口相連。本實用新型激光雷達(dá)門控信號發(fā)生裝置延時時間控制更加精準(zhǔn)、且易于控制調(diào)節(jié)。
【IPC分類】G01S7/48
【公開號】CN204789987
【申請?zhí)枴緾N201520509272
【發(fā)明人】單坤玲, 張衡衡, 卜令兵
【申請人】南京信息工程大學(xué)
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年7月15日