[发明专利]一种超宽动态范围激光回波接收装置及其控制方法

说明书

本发明提供了一种超宽动态范围激光回波接收装置及其控制方法，该方案包括有门控脉冲发生器、高压放大脉冲成形电路、高压输出电路、光电倍增管；门控脉冲发生器接入触发脉冲信号和+12V输入电源；门控脉冲发生器分别与高压输出电路和高压放大成形电路电连接；高压输出电路的‑LV高压输出端以及‑HV高压输出端均与高压放大脉冲成形电路的高压输入端电连接；高压放大脉冲成形电路的输出端与光电倍增管的电源输入端电连接。该方案在脉冲激光由近及远的传播过程中，通过采用变高压调制技术，控制光电倍增管的电源电压由低到高变化，实现其增益以指数方式平滑增加，以提升回波接收的动态范围，适应水下、雨雾等强散射环境中的目标探测。

技术领域

本发明涉及的是激光雷达领域，尤其是一种超宽动态范围激光回波接收装置及其控制方法。

背景技术

在现有技术中，采用激光探测水下目标和雨雾中的目标，最大难点是超宽动态范围目标信号的接收问题。由于激光在水中和雨雾环境下传输时将遭受强烈的散射和吸收，光束能量呈指数衰减。为了能够探测距离较远的目标，需要采用峰值功率极大的脉冲光束，由此造成目标距离远近不同时，回波强度差异显著，加之水体/雨雾的后向散射干扰，回波强度的动态范围可达5～6个数量级以上。然而，现有的光电探测器测量范围均小于3个数量级，无法有效记录这些超宽动态范围的回波信号。

为了解决上述问题，目前采取的方法主要有：1)、减小接收视场角度，避开水体/雨雾的后向散射主峰，降低背景干扰和杂散信号，但此方法将导致目标近程探测存在盲区；2)、正交偏振技术，回波探测采用与发射光偏振方向正交的接收方式，虽然可以降低水体/雨雾的后向散射，但也同样降低了目标回波的信号强度，作用距离有限，不利于远距离探测；3)、相干探测，利用诸如法布里—珀罗干涉原理，只检测回波中的相干光，但由于水体/雨雾散射作用的去相干性，回波中的相干光随目标距离的增加急剧减少，因而该方法的目标探测距离有限；4)、瞬态能量对消，通过在回波信号后向散射主峰上叠加一个高速反向的瞬态对消电流，抑制光电探测器饱和，之后再将两信号融合，还原真实信号波形，该方法的时刻对准精度需要纳秒量级，且依赖于水体/雨雾的散射强度，系统复杂，环境适应性差，对消不准容易产生伪信号；5)、改变探测器增益，结合门控技术，通过改变光电倍增管内部某两个倍增极之间的电压，设置不同的接收增益，从而扩大回波接收范围，虽然该方法在一定程度上扩展了光电倍增管的动态范围，但实际系统中门控开启前累积的大量光电子将在门控开启后长时间泄放，对真正的目标回波产生较大的畸变影响。

发明内容

本发明的目的是解决激光雷达在水下、雨雾等强散射环境中探测目标时，光电接收器动态范围不足的问题。在脉冲激光由近及远的传播过程中，通过采用变高压调制技术，控制光电倍增管的电源电压由低到高变化，实现其增益以指数方式平滑增加，以提升回波接收的动态范围，适应水下、雨雾等强散射环境中的目标探测。

本方案是通过如下技术措施来实现的：

一种超宽动态范围激光回波接收装置，其特征是：包括有门控脉冲发生器、高压放大脉冲成形电路、高压输出电路、光电倍增管；所述门控脉冲发生器接入触发脉冲信号和+12V输入电源；门控脉冲发生器分别与高压输出电路和高压放大成形电路电连接；高压输出电路的-LV高压输出端以及-HV高压输出端均与高压放大脉冲成形电路的高压输入端电连接；高压放大脉冲成形电路的输出端与光电倍增管的电源输入端电连接。

作为本方案的优选：门控脉冲发生器包括有放大与比较模块、控制时序模块、-LV0高压源、+5V稳压源以及门控脉冲模块；-LV0高压源和+5V稳压源接入+12V输入电源；放大与比较模块接入触发脉冲信号；触发脉冲信号依次经过放大与比较模块、控制时序模块后进入门控脉冲模块；+5V稳压源分别为放大与比较模块、控制时序模块提供电源；-LV0高压源与门控脉冲模块电连接；高压输出电路与+12V输入电源电连接；门控脉冲模块与高压放大脉冲成形电路电连接。