一种激光雷达温度补偿系统的制作方法

1.本技术涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达温度补偿系统。


背景技术：

2.激光雷达，是以发射激光束实现对目标的位置、速度等特征量探测的系统。其工作原理是向目标发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较，做适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而实现对目标的探测、跟踪和识别。
3.在激光雷达工作过程中，目标回波信号受到激光光源功率水平、激光窗口透过率、激光传输空间物质密度、目标接收激光表面等效反射率、探测目标与雷达间距离、光电探测器件响应度、回波放大电路电学特性、回波波形时间提取电路电学特性等多种因素影响，回波信号的波形是决定基于时间飞行法（tof）激光雷达测距精度的重要因素。
4.在影响回波的多种因素中，激光光源功率水平、光电探测器件响应度、回波放大电路电学特性、回波波形提取电路电学特性受到雷达内部环境温度影响，对相同位置处的同一固定目标，随着温度线性增加或降低，雷达接收到的回波信号（波形、脉宽、幅值等）呈现非线性变化趋势，因此为保证高精度的测距实现，有必要对雷达进行温度补偿。
5.公知的温度补偿方案是将对温度变化最敏感的光电探测器件（尤其是apd）做单独补偿，通过热敏电阻等温度传感器监测apd工作温度，引入apd工作电压的反馈控制实现补偿。此类方案存在以下不足：首先，温度传感器与apd为分离元件，只能获得apd的临近工作区域温度指标，测量值与apd真实工作温度存在偏差；其次，温度传感器的温度曲线无法完美匹配apd的温度曲线，基于传感器的温度曲线实现的补偿电路需做适当妥协以应对匹配误差，最终造成补偿精度下降。最核心的不足是此类方案无法同时实现所有回波影响因素的温度补偿，无法从根本上去除由温度变化引发的测距精度的下降。


技术实现要素：

6.本实用新型要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种激光雷达温度补偿系统，解决现有技术存在的补偿要素单一、补偿效果的不理想的问题，采用双路光电探测器来实现温度补偿，补偿精度高，信号稳定。
7.为解决以上技术问题，本实用新型采用以下技术方案：
8.一种激光雷达温度补偿系统，包括控制处理单元、接收单元、发射单元和扫描单元，控制处理单元连接接收单元、发射单元和扫描单元，接收单元和发射单元连接扫描单元；
9.所述发射单元包括驱动电源、激光光源和发射光学系统，激光光源连接接收单元、驱动电源和发射光学系统，发射光学系统连接扫描单元，驱动电源连接控制处理单元。
10.进一步的，所述接收单元包括调压电路、1#放大电路和2#放大电路，调压电路、1#放大电路和2#放大电路连接控制处理单元，1#放大电路连接有1#光电探测器，1#光电探测
器连接激光单元，2#放大电路连接有2#光电探测器，2#光电探测器连接有接收光学系统，调压电路连接1#光电探测器和2#光电探测器，接收光学系统连接扫描单元。
11.进一步的，所述扫描单元包括转镜，转镜连接有轴角编码器和驱动电机，轴角编码器和驱动电机连接控制处理单元，发射光学系统和接收光学系统连接有转镜,转镜接收到的发射光学系统的发射光并将其发送到目标物体上，目标物体再将光反射回转镜，转镜再将反射光发送到接收光学系统。
12.进一步的，所述激光光源发出射光分成两路，一路直接由1#光电探测器接收，另一路经发射光学系统、转镜、目标物体、转镜、接收光学系统后，由2#光电探测器接收。
13.进一步的，所述1#光电探测器包括三极管q1a，三极管q1a的基极连接有电阻r8一端、电阻r1一端和电阻 r2一端，电阻r8另一端连接有电容c1一端，电容c1另一端连接有电阻r9一端，并作为电流信号输入端apd
‑
in，电阻r9另一端和电阻r2另一端接地，电阻r1另一端接vcc电源，单机狗q1a的发射极连接有电阻r7一端和电容c3一端，电阻r7另一端和电容c3另一端接地。
14.进一步的，所述1#光电探测器还包括三极管q1b，三极管q1b的发射极连接有三极管q1a的集电极，三极管q1b的基极连接有电阻r4一端和电阻r5一端，电阻r4另一端接地，电阻r5另一端接vcc电源，三极管q1b的集电极连接有电阻r3一端，电阻r3另一端接vcc电源。
15.进一步的，所述1#光电探测器还包括三极管q2，三极管q2的基极连接有三极管q1b的集电极，三极管q2的发射极连接有电阻r6一端和电容c2一端，三极管q2的集电极接vcc电源，电阻r6另一端接地。
16.进一步的，所述1#光电探测器还包括三极管q3，三极管q3的基极连接有电阻r10一端、电容c5一端、电容c4一端和电容c2另一端，电容c5另一端接地，电容c4另一端连接有电阻r11一端和电容c6一端，电容c6另一端接地，三极管q3的发射极接地，三极管q3的集电极连接有电阻r10另一端、电阻r11另一端和电阻r12一端，电阻r12另一端接vcc电源。
17.进一步的，所述1#光电探测器还包括三极管q4，三极管q4的基极连接有二极管d1一端、电容c7一端、电容c9一端和电阻r12一端，二极管d1另一端、电容c7另一端和电容c9另一端接地，三极管q4的集电极连接有电容c8一端，并接vcc电源，电容c8另一端接地，三极管q4的发射极连接有电容c14一端和电阻r13一端，电阻r13另一端接地。
18.本实用新型采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
19.解决现有技术存在的补偿要素单一、补偿效果的不理想的问题，采用双路光电探测器来实现温度补偿，补偿精度高，信号稳定。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
21.图1为本实用新型中温度补偿系统的结构示意图；
22.图2为本实用新型中1#光电探测器的部分电路图。
具体实施方式
23.实施例1，如图1所示，一种激光雷达温度补偿系统，包括控制处理单元、接收单元、发射单元和扫描单元，控制处理单元连接接收单元、发射单元和扫描单元，接收单元和发射单元连接扫描单元。
24.所述发射单元包括驱动电源、激光光源和发射光学系统，激光光源连接接收单元、驱动电源和发射光学系统，发射光学系统连接扫描单元，驱动电源连接控制处理单元。
25.所述接收单元包括调压电路、1#放大电路和2#放大电路，调压电路、1#放大电路和2#放大电路连接控制处理单元，1#放大电路连接有1#光电探测器，1#光电探测器连接激光单元，2#放大电路连接有2#光电探测器，2#光电探测器连接有接收光学系统，调压电路连接1#光电探测器和2#光电探测器，接收光学系统连接扫描单元。
26.所述扫描单元包括转镜，转镜连接有轴角编码器和驱动电机，轴角编码器和驱动电机连接控制处理单元，发射光学系统和接收光学系统连接有转镜,转镜接收到的发射光学系统的发射光并将其发送到目标物体上，目标物体再将光反射回转镜，转镜再将反射光发送到接收光学系统。
27.所述激光光源发出射光分成两路，一路直接由1#光电探测器接收，另一路经发射光学系统、转镜、目标物体、转镜、接收光学系统后，由2#光电探测器接收。
28.1#光电探测器和2#光电探测器为同种规格型号apd，1#放大电路和2#放大电路结构和器件选型完全相同。
29.通过监测1#放大电路输出信号脉宽指标，利用调压电路对1#光电探测器的电压反馈控制，最终实现1#放大电路输出信号脉宽的稳定。
30.对1#光电探测器的反馈控制信号同时输出给2#光电探测器，因两路探测放大电路结构及器件规格完全相同，二者又是共用同一激光光源，对于1#放大电路输出信号和2#放大电路输出信号，温度变化对其造成相同的影响，因此，对1#光电探测器的反馈控制也同样适用于2#光电探测器。
31.如图2所示，所述1#光电探测器包括三极管q1a，三极管q1a的基极连接有电阻r8一端、电阻r1一端和电阻 r2一端，电阻r8另一端连接有电容c1一端，电容c1另一端连接有电阻r9一端，并作为电流信号输入端apd
‑
in，电阻r9另一端和电阻r2另一端接地，电阻r1另一端接vcc电源，单机狗q1a的发射极连接有电阻r7一端和电容c3一端，电阻r7另一端和电容c3另一端接地，三极管q1a的集电极连接有三极管q1b的发射极，三极管q1b的基极连接有电阻r4一端和电阻r5一端，电阻r4另一端接地，电阻r5另一端接vcc电源，三极管q1b的集电极连接有电阻r3一端和三极管q2的基极，电阻r3另一端接vcc电源，三极管q2的发射极连接有电阻r6一端和电容c2一端，三极管q2的集电极接vcc电源，电阻r6另一端接地，电容c2另一端连接有电阻r10一端、电容c5一端、电容c4一端和三极管q3的基极，电容c5另一端接地，电容c4另一端连接有电阻r11一端和电容c6一端，电容c6另一端接地，三极管q3的发射极接地，电阻r10另一端、电阻r11另一端和三极管q3的集电极连接有二极管d1一端、电容c7一端、电容c9一端、电阻r12一端和三极管q4的基极，二极管d1另一端、电容c7另一端和电容c9另一端接地，电阻r12另一端和三极管q4的集电极连接有电容c8一端，并接vcc电源，电容c8另一端接地，三极管q4的发射极连接有电容c14一端和电阻r13一端，电阻r13另一端接地。
32.apd的电流信号从apd
‑
in输入，整个信号放大电路由跨阻、共基极带宽放大、射随、
低噪声放大电路组成。电路增益可根据实际需要调整，因为此路输出信号仅用于系统温度变化的补偿，所以电路增益大小适配后级采样电路即可。
33.本实用新型的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好的说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。