[发明专利]一种针对阵列APD的回波采集系统及其方法

说明书

本发明公开了一种针对阵列APD的回波采集系统，包括模拟放大模块、数字处理模块和上位机；模拟放大模块至少包括一个8×8阵列的跨阻放大器板卡和ADC，8×8阵列的跨阻放大器板卡包括跨阻放大器阵列和多路选择器；跨阻放大器阵列由相互独立的64个跨阻放大器构成，多路选择器为64选1多路选择器，包括9个八选一开关，8个开关并行工作作为第一级选通器，1个开关作为第二个选通器；64个跨阻放大器与多路选择器的64个输入端一一相连；多路选择器的输出与ADC的输入相连；数字处理模块包括FPGA和USB接口；ADC的输出连接至FPGA，FPGA的输出通过USB接口传输至上位机，从而实现对阵列探测器每一元的激光回波信号进行采集、存储和分析。

技术领域

本发明涉及一种在激光测量系统中，针对线阵或面阵等多元APD(avalanchephotodiode，雪崩光电二极管)探测器的回波信号采集系统及其方法。

背景技术

近年来，机载激光雷达技术快速发展，激光雷达成像系统在地球遥感中日益重要起来，激光技术与传统遥感技术相结合，可以同时给出地面影像和地形三维图像一体化信息，可以大大提高测绘效果。激光成像基于激光测距原理，激光测距通过光电探测器接收激光发射波信号和激光回波信号，通过数字电路计算激光飞行时间进而得到激光照射的目标距离。早期的激光成像系统采用单点激光束和单元探测器，采用扫描探测的方式进行成像。这类系统一般通过飞行器实现一维的扫描，通过机械扫描结构实现另一维的扫描，这就为系统带来了额外的质量、体积和功耗，而且对激光器的重复频率要求较高。随着线阵和面阵等阵列APD探测器逐渐出现，以及光纤焦平面面阵接收技术的发展，激光成像系统的探测方式也发生了变化，出现了面阵主动探测和线列推扫探测等方式，需要探测系统对阵列探测器每一单元接收到的激光回波信号进行多路并行处理，进而实现面阵或线阵成像。这类成像系统的成像效果直接受阵列探测器中每一单元探测器接收到的回波质量影响，如果探测器某一元回波信号强度太弱，说明这一元探测器的响应度较其他元低，需要适当增大后级放大器的放大倍数；如果某一元探测器回波信号信噪比较低，则需在后级电路中进行滤波操作；如果某一元始终没有回波信号，则应当被当作盲元处理。总之，要保证阵列探测器的成像质量，首先要保证阵列探测器中每一元的回波质量和整个探测器阵列的性能均匀性。

单元探测器接收到的回波信号可以通过示波器查看，而常用的阵列探测器单元数较多，如8×8、25×25、32×32甚至更多，用示波器手动依次查看每一元的回波信号是不现实的。因此为了验证阵列探测器的性能均匀性，为后续探测处理电路的设计提供便利，可以通过一个专门的波形采集系统，将阵列探测器每一元接收到的回波数据进行采集、存储和查看，在上位机对阵列探测器的性能均匀性进行分析，这对阵列激光成像系统的开发是非常有价值的。

[参考文献]

[1]孙志慧，邓甲昊，闫小伟等.国外激光成像探测系统的发展现状及其关键技术[J].科技导报，2008，26(3):74-79。

[2]陈育伟，张立，胡以华等.对地观测激光成像的回波阵列探测技术[J].红外与毫米波学报，2004，23(3):169-171，175。

[3]孙剑峰，姜鹏，张秀川等.32×32面阵InGaAs Gm-APD激光主动成像实验[J].红外与激光工程，2016，45(12):1206006-1-1206006-5。

发明内容

针对现有技术，本发明提供的一种针对阵列APD的回波采集系统，通过一套软硬件结合的采集系统，对阵列探测器每一元的激光回波信号进行采集、存储和分析，验证阵列探测器性能均匀性，为后续激光成像系统处理电路的设计提供参考。