[发明专利]矫正型成像激光雷达接收器及信号处理方法

说明书

本发明涉及一种矫正型成像激光雷达接收器，包括：光电检测器模块(10)，用于将接收的光信号并转换为电信号(i_in,11～i_in,mn)；高压共模电平端(V_COM,HV)，与所述光电检测器模块(10)的输入端电连接，用于给所述光电检测器模块(10)提供电压源；模拟前端集成电路(20)，与所述光电检测器模块(10)的输出端电连接，用于将所述电信号(i_in,11～i_in,mn)转换为数字信号(DATA₁～DATA_m)，且包括光电增益失配矫正模块(21)和多个模拟前端信号处理电路(22)，所述光电增益失配矫正模块(21)的每个输出端分别与每个所述模拟前端信号处理电路(22)对应电连。本发明采用光电检测器反向偏置电压矫正方法，有效消除光电检测器由于像元光电增益不匹配所造成回波强度信号检测误差。

技术领域

本发明属于TOF成像激光雷达技术领域，具体涉及一种矫正型成像激光雷达接收器及信号处理方法。

背景技术

飞行时间法(TOF)成像激光雷达利用距离传感器获取目标表面的距离图像，实现对目标表面几何形状的测量，距离图像的每个像素对应的是目标表面的三维坐标，从而可构成目标的三维图像。为了能够提高了图像中各像素的辨识度，有利于目标的识别，在激光三维成像的基础上，要求接收器能够检测目标表面所反射回来的光辐射强度，以在重建目标三维图像的同时增加目标的图像强度信息。

TOF成像激光雷达系统中，激光雷达接收器是其关键模块之一，用于接收脉冲回波光学信号并把光学信号转换为电信号，并获取目标的距离信息。为了获得目标反射回波的光功率，要求接收器通道具有线性检测光功率的能力，即接收器输出电学信号与输入光功率具有线性比例关系。激光雷达接收器主要包括光电检测器于模拟前端光电流读出电路，由于雪崩光电二极管(APD)具有高灵敏度和较低的噪声，根据APD两端所加偏置电压不同，APD工作模式有盖革模式和线性模式，由于线性模式APD输出电流与输入光功率成线性比例关系，因此，激光雷达接收器光电检测器件通常采用线性工作模式APD探测回波脉冲光功率，模拟前端集成电路主要用于对回波脉冲电流进行线性放大并转换为电压信号，根据目标反射回波功率信息重建目标强度图像；同时，接收器还需要具有对回波信号到达接收器的时刻进行高精度时刻鉴别，以获取目标与接收器之间的距离信息。

在成像激光雷达接收器中，光电探测器按像元数的排列方式分为单通道、线阵列、面阵列，从而构成单通道二维扫描成像，线阵列一维扫描成像，面阵列凝视成像。这三种成像方式各有优缺点，其中单通道二维扫描成像雷达技术比较成熟，针对光电探测器的前端模拟电路通常采用分离器件设计，常用于激光测距，在成像雷达应用中面临成像时间太长、成像质量差、系统结构笨重等诸多问题，应用受到限制；人们转而寻找像元数目更多的探测器，如线阵列和面阵列探测器，随着阵列的像元数目越来越大，接收器模拟前端电路的设计面临如下挑战：分立器件设计阵列接收器模拟前端电路遇到下述技术瓶颈，如：采用分立器件设计的会导致，系统功耗太大，电路可靠性降低，调试困难等难于克服的难题，故阵列接收器模拟前端电路采用先进集成电路设计成为趋势；另一方面，在阵列接收器中，工作于线性模式光电检测器像元之间光电增益偏差导致阵列型接收器通道之间的增益存在固有失配，在三维成像激光雷达接收器中，光电检测器件之间增益失配将导致接收器通道之间回波强度检测误差，造成重建图像强度信息的失真，导致目标辨识困难，限制了线性模式光电检测器在阵列接收器的应用。

因此，如何研制出一种高精度重建图像的激光雷达接收器已经成为研究的热点问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种矫正型成像激光雷达接收器。包括：

光电检测器模块10，用于将接收的光信号转换为电信号i_in,11～i_in,mn；