[发明专利]一种激光雷达后继光路斩光盘输出频率的稳定方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光雷达的技术领域，尤其涉及一种激光雷达后继光路斩光盘输出频率的稳定方法。

背景技术

近几十年来，激光雷达越来越广泛的用于大气参数和大气成分的探测。为了获得远场很弱的回波信号，在激光大气探测中，通常采取增加激光发射功率和增加接收望远镜面积的方法。而这两种手段给激光雷达带来的问题是，近场回波信号很强，激光雷达系统探测的动态范围不够，很难进行探测。目前，在激光雷达系统中广泛使用的是通过光电倍增管的电子门控信号来抑制近场强回波信号，门控的主要作用是外加TTL电平，使得光电倍增管的高压信号不加到倍增管光电阴极和各放大级，从而光电效应轰击产生的电子没有得以放大形成流通输出到倍增管阳极。这种方法一定程度抑制了近场强回波信号产生的光电子的影响。但是此方法存在的主要缺陷是近场强回波信号仍然辐射在光电倍增管的光电阴极上，没有根本上阻止近场强回波信号到达阴极材料，光电阴极光电材料的眩晕效应影响其实仍然存在。眩晕效应对于回波信号的影响距离很难在数值上进行估计，近场信号越强，其影响距离越长。因此，为了解决激光雷达近场强回波信号的根本抑制问题，通常利用高速旋转的机械斩光盘片来按一定时序关系阻挡近场强回波信号。

我们在自主研制的臭氧激光雷达系统中使用激光雷达多通道接收光路高速斩光装置过程中，发现长时间内，由于多种环境因素和电机控制电压的抖动，斩光盘的输出频率存在较大抖动，最大可能达到几Hz。而较大的频率抖动会导致激光雷达的回波信号过渡区间高度(指信号开始打开到完全打开)的前移或后推，这直接引起回波信号的有效起始高度的较大变化，为减少频率抖动对激光雷达回波信号的影响，对斩光盘的输出频率进行稳定尤为必要。而目前，缺乏对斩光盘输出频率进行稳定的相关研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种激光雷达后继光路斩光盘输出频率的稳定方法，以克服多种环境因素和控制电压抖动引起的后继光路斩光盘输出频率的较大抖动，从而保证激光雷达回波信号起始高度的稳定性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种激光雷达后继光路斩光盘输出频率的稳定方法，包括：

利用控制计算机根据预先设定参考频率以及脉冲计数器输出的脉冲频率信号控制可编程稳压电源输出指定的直流电压；

利用电机驱动器根据可编程稳压电源输出的直流电压输出高扭矩高转速驱动电机旋转所需的相序电压，以及监测所述高扭矩高转速驱动电机中霍尔传感器返回的速度控制信号，方向控制信号和制动控制信号，形成第一层闭环控制；

利用高扭矩高转速驱动电机驱动斩光盘片按照一定的速度旋转；其中，所述高扭矩高转速驱动电机内部封装有霍尔传感器，用于形成与电机驱动器的闭环控制；所述斩光盘片固定在所述高扭矩高转速驱动电机的转轴上，所述斩光盘上带有多个槽口，用于切割激光雷达中接收望远镜的回波信号以及切割光电转换触发输出电路；

利用光电转换触发输出电路输出代表斩光盘片转动速度的脉冲频率信号，供所述脉冲计数器读取以及产生激光雷达所需的主同步时钟信号，所述主同步时钟信号分频后同步激光雷达系统中其他部件；

利用脉冲计数器将脉冲频率信号传输至所述控制计算机，形成第二层闭环控制。

进一步的，该方法还包括：

利用开关电源供给电机驱动器所需的电源电压。

进一步的，所述利用控制计算机根据预先设定参考频率以及脉冲计数器输出的脉冲频率信号控制可编程稳压电源输出指定的直流电压包括：

预先设定参考频率；

读取脉冲计数器输出的脉冲频率信号；

比较脉冲计数器输出的脉冲频率信号与参考频率之间的大小，并判断二者的偏差大小是否在预定范围内；

若在预定范围内，则不做电压调整，由控制计算机控制可编程稳压电源输出与上一周期相同数值的直流电压；

若不在预定范围内，则通过PID控制算法计算出相应的电压数值，并由控制计算机控制可编程稳压电源输出所计算出电压数值的直流电压。

进一步的，所述控制计算机还显示所设定的参考频率、脉冲计数器输出的脉冲频率信号以及比例积分微分控制模块的判断与计算结果；

以及，存储预先设定的参考频率、读取到的脉冲频率信号及通过PID控制算法计算出相应的电压数值。

进一步的，通过PID控制算法计算出相应的电压数值的公式为：