[发明专利]一种新型激光雷达探测时序控制系统

说明书

本发明公开了一种新型机载激光雷达探测时序控制系统。该系统采用控制模块的STM32控制器作为门控信号发生器，控制激光模块的激光器和探测模块的PMT，通过调节门控信号的幅值、频率、周期以及占空比等参数，实现系统的时序控制，进而使得探测系统避免接收过强的水面回波信号。另外，该系统结合PMT可调增益技术，放大水底的微弱回波信号。在实际测量中，使用STM32代替传统的信号发生器，降低系统功耗，减轻载重。通过实验证明，该方法真实有效，实验结果显示该方法能够将水底信号最少放大6倍。

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，特别是涉及激光雷达水深测量中探测系统按照设定时序，阶段性接收水底回波信号的技术，能够避免过强的水面信号干扰，同时扩大微弱的水底信号，便于采集模块后续采集信号。

背景技术

机载激光雷达被广泛应用于测量内陆水域及浅水海岸的水深，由于水下地形比较复杂，水深变化较大，并且水体颗粒对激光能量有衰减，水对激光也有吸收，最终导致水底回波信号较弱。通过放大模块对信号进行放大时，水面信号过强又严重影响水底信号，因此，将高效、精准的门控技术和增益技术用于探测系统，对探测系统整体时序控制、观测和接收水底信号具有重要意义。

在过去几十年中，利用激光雷达对陆地、水、风和大气进行测量已成为一个重要手段。对于波形处理方面，软件方法可归纳为：高斯分解法，维纳滤波器反褶积法，峰值检测法，平均平方差函数法，四边形拟合法等；硬件方法可归纳为：偏振压缩，门控技术等。在这些方法中，许多模型较复杂，数据处理繁琐等，其具体存在的问题如下：

1)大部分软件模型针对的是陆地回波信号，不易对水下回波信号进行提取及分离；

2)硬件模块偏振压缩只是对回波信号大动态范围进行压缩，并不能完全消去水面信号对水底信号的影响；

3)之前出现的少数门控技术都还不成熟，并且其系统设计复杂，功耗大，仅能实现测试点开始及结束实时调试，并未解决水下回波信号微弱难以观测及采集的问题。

针对激光雷达测水时水面信号过强导致信号可能饱和的问题，本发明公开了一种新型激光雷达探测时序控制系统，该系统可以有效的避免水面信号的接收，同时放大微弱的水底信号。

发明内容

本发明公开了一种新型激光雷达探测时序控制系统，该系统的实现原理和技术方案如下。

本发明原理是：采用STM32控制器作为整体系统设计的时序控制器，通过控制器发出门控信号作用于探测模块中的门控型PMT，使得探测模块按照设计的时序接收目标返回激光信号，避免水面信号的接收；另外，系统结合PMT电压控制增益技术，在避免过强水面信号接收的前提下，放大微弱的水底回波信号，方便采集模块更容易采集后续水底信号。在工作过程中，激光器向目标发射激光后，控制器对探测部分进行时序控制，PMT将光信号转换为电信号后，通过匹配50Ω阻抗最终输出电压波形。

为了达到以上目的，本发明技术方案如下：

一种新型激光雷达探测时序控制系统将激光模块、探测模块、控制模块以及供电模块用线集成起来。通过上位机编写程序指令，写入控制模块的STM32控制器，使得STM32控制器发出具有特定时序的脉冲触发信号作为PMT的门控信号，进而控制探测模块中门控PMT的工作状态，同时STM32也控制激光模块的激光器启停，完成时序同步。

激光模块的激光器作为外触发使用。使用STM32控制器发出激光器相应的指令控制激光器，直接实现激光器的开启、关闭以及激光脉宽、重频、能量等参数的调节。

控制模块的STM32控制器代替传统信号发生器发出脉冲触发信号，作为门控型PMT的门控信号，进而实现按照设定的时序控制门控PMT的启停。具体是通过上位机编程，调整门控信号相应参数的值，做到门控信号的脉宽、重频、周期及占空比等可调节。