[发明专利]一种用于提高探测距离的偏压调节装置及激光雷达系统

说明书

本发明公开了一种用于提高探测距离的偏压调节装置及激光雷达系统，该偏压调节装置包括：信号采集单元，用于获取APD探测器接收到的目标回波信号并从中提取雪崩噪声信号并统计预设时间段内的雪崩噪声信号个数；信号处理器，用于根据雪崩噪声信号个数及预置的第一偏压校正模型计算实际偏压值；该第一偏压校正模型用于表征预设时间内的雪崩噪声信号个数与理想偏压值之间的映射关系；偏压调节单元，用于在信号处理器的控制下产生并输出实际偏压值给APD探测器；本发明通过动态跟踪APD探测器的雪崩电压工作点，使偏置电压始终维持在稍低于APD探测器雪崩电压的电压值上，通过提高APD探测器的偏压提高探测灵敏度，进而增大了探测距离。

技术领域

本发明属于激光测距技术领域，更具体地，涉及一种能提高激光测距雷达探测距离和抗干扰性能的高灵敏度激光接收装置及激光雷达系统。

背景技术

激光雷达是一种以激光为工作光束，通过探测远距离目标的散射光特性来获取目标相关信息的光学遥感技术，具有高测量精度、精细的时间和空间分辨率以及大的探测跨度。激光雷达以激光为光源，为了确保激光雷达对人眼的安全，激光雷达对所发射的激光光源的功率或能量都有及其严格的限制。多数场合都需要激光雷达有尽量远的探测距离，比如在汽车自动驾驶领域，车企厂家对激光雷达的探测距离的理想要求通常在300-500米甚至更远。

为进一步提高激光雷达的测距范围，通常有两种实施方案。第一种是加大激光器的发射功率或能量，第二种是通过提高激光接收系统的灵敏度等性能来提高整个激光雷达的探测距离，目前常用的接收系统是基于雪崩光电二极管(以下简称APD)的探测器。上述两点改进措施中，现有的激光雷达通常采用第一种方案来提高探测距离，但存在以下问题：因为在激光人眼安全功率的限制下，激光峰值功率不可能再继续增加，因此该方案不易实现；并且大功率的脉冲激光器的散热高、体积大、功耗大、制造工艺复杂等问题，使得前者方案实现难度都较大。

第二种方案可以在不增加激光器功率的情况下，通过提高激光接收系统性能来提高探测距离，具有较大的优势。雪崩光电二极管是一种建立在内光电效应基础上的光电器件，其具有内部增益和放大的作用；雪崩光电二极管工作在反向偏压下，在一定范围的反向偏压下，偏压越高，增益越大，当偏压无限趋近于雪崩光电二极管的雪崩电压时，雪崩光电二极管趋于雪崩的边缘，可以获得更大增益；理论上，雪崩光电二极管的增益受偏压和温度的影响；为了提高APD接收系统性能，目前通常采用根据环境温度对光电探测器的偏压进行调节，减小温度变化对光电探测器灵敏度的影响，提高响应速度和灵敏度；这种方案虽然在一定程度上提高了灵敏度，但是存在以下缺点：一是需要有精确的APD温度偏压曲线以及精确的APD工作温度，而且需要额外设置温度监测电路来测试温度，该温度监测电路不仅增加了系统结构的复杂度，而且容易对APD产生干扰；二是光电探测器的增益不仅受环境温度的影响，还会受到太阳光等背景光的影响，如果不考虑背景光对光电探测器灵敏度的影响，则无法使光电探测器发挥最优性能，更无法提高探测距离。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于提高探测距离的偏压调节装置及激光雷达系统，通过动态跟踪APD探测器阵列的雪崩电压工作点，使APD偏置电压始终维持在稍低于APD探测器雪崩电压的电压值上，通过提高APD探测器阵列的偏压提高探测灵敏度，进而增大了探测距离，其目的在于解决现有技术中存在的接收系统灵敏度和探测距离有待提高的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于提高探测距离的偏压调节装置，包括信号采集单元、信号处理器和偏压调节单元；

所述信号采集单元用于获取APD探测器接收到的目标回波信号，从所述目标回波信号中提取雪崩噪声信号并统计预设时间内的雪崩噪声信号个数；

所述信号处理器用于根据所述雪崩噪声信号个数以及预置的第一偏压校正模型计算实际偏压值，使所述实际偏压值趋近于APD探测器的雪崩电压；所述第一偏压校正模型用于表征预设时间内的雪崩噪声信号个数与理想偏压值之间的映射关系；