一種激光雷達后繼光路斬光盤輸出頻率的穩定方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及激光雷達的技術領域，尤其涉及一種激光雷達后繼光路斬光盤輸出頻 率的穩定方法。
【背景技術】
[0002] 近幾十年來，激光雷達越來越廣泛的用于大氣參數和大氣成分的探測。為了獲得 遠場很弱的回波信號，在激光大氣探測中，通常采取增加激光發射功率和增加接收望遠鏡 面積的方法。而這兩種手段給激光雷達帶來的問題是，近場回波信號很強，激光雷達系統探 測的動態范圍不夠，很難進行探測。目前，在激光雷達系統中廣泛使用的是通過光電倍增管 的電子門控信號來抑制近場強回波信號，門控的主要作用是外加 TTL電平，使得光電倍增管 的高壓信號不加到倍增管光電陰極和各放大級，從而光電效應轟擊產生的電子沒有得以放 大形成流通輸出到倍增管陽極。這種方法一定程度抑制了近場強回波信號產生的光電子的 影響。但是此方法存在的主要缺陷是近場強回波信號仍然輻射在光電倍增管的光電陰極 上，沒有根本上阻止近場強回波信號到達陰極材料，光電陰極光電材料的眩暈效應影響其 實仍然存在。眩暈效應對于回波信號的影響距離很難在數值上進行估計，近場信號越強，其 影響距離越長。因此，為了解決激光雷達近場強回波信號的根本抑制問題，通常利用高速旋 轉的機械斬光盤片來按一定時序關系阻擋近場強回波信號。
[0003] 我們在自主研制的臭氧激光雷達系統中使用激光雷達多通道接收光路高速斬光 裝置過程中，發現長時間內，由于多種環境因素和電機控制電壓的抖動，斬光盤的輸出頻率 存在較大抖動，最大可能達到幾 Hz。而較大的頻率抖動會導致激光雷達的回波信號過渡區 間高度(指信號開始打開到完全打開)的前移或后推，這直接引起回波信號的有效起始高度 的較大變化，為減少頻率抖動對激光雷達回波信號的影響，對斬光盤的輸出頻率進行穩定 尤為必要。而目前，缺乏對斬光盤輸出頻率進行穩定的相關研究。

【發明內容】

[0004] 本發明的目的是提供一種激光雷達后繼光路斬光盤輸出頻率的穩定方法，以克服 多種環境因素和控制電壓抖動引起的后繼光路斬光盤輸出頻率的較大抖動，從而保證激光 雷達回波信號起始高度的穩定性。
[0005] 本發明的目的是通過以下技術方案實現的：
[0006] -種激光雷達后繼光路斬光盤輸出頻率的穩定方法，包括：
[0007] 利用控制計算機根據預先設定參考頻率以及脈沖計數器輸出的脈沖頻率信號控 制可編程穩壓電源輸出指定的直流電壓；
[0008] 利用電機驅動器根據可編程穩壓電源輸出的直流電壓輸出高扭矩高轉速驅動電 機旋轉所需的相序電壓，以及監測所述高扭矩高轉速驅動電機中霍爾傳感器返回的速度控 制信號，方向控制信號和制動控制信號，形成第一層閉環控制；
[0009] 利用高扭矩高轉速驅動電機驅動斬光盤片按照一定的速度旋轉；其中，所述高扭 矩高轉速驅動電機內部封裝有霍爾傳感器，用于形成與電機驅動器的閉環控制;所述斬光 盤片固定在所述高扭矩高轉速驅動電機的轉軸上，所述斬光盤上帶有多個槽口，用于切割 激光雷達中接收望遠鏡的回波信號以及切割光電轉換觸發輸出電路；
[0010]利用光電轉換觸發輸出電路輸出代表斬光盤片轉動速度的脈沖頻率信號，供所述 脈沖計數器讀取以及產生激光雷達所需的主同步時鐘信號，所述主同步時鐘信號分頻后同 步激光雷達系統中其他部件；
[0011] 利用脈沖計數器將脈沖頻率信號傳輸至所述控制計算機，形成第二層閉環控制。
[0012] 進一步的，該方法還包括：
[0013] 利用開關電源供給電機驅動器所需的電源電壓。
[0014] 進一步的，所述利用控制計算機根據預先設定參考頻率以及脈沖計數器輸出的脈 沖頻率信號控制可編程穩壓電源輸出指定的直流電壓包括：
[0015]預先設定參考頻率；
[0016]讀取脈沖計數器輸出的脈沖頻率信號；
[0017]比較脈沖計數器輸出的脈沖頻率信號與參考頻率之間的大小，并判斷二者的偏差 大小是否在預定范圍內；
[0018] 若在預定范圍內，則不做電壓調整，由控制計算機控制可編程穩壓電源輸出與上 一周期相同數值的直流電壓；
[0019] 若不在預定范圍內，貝lj通過PID控制算法計算出相應的電壓數值，并由控制計算機 控制可編程穩壓電源輸出所計算出電壓數值的直流電壓。
[0020] 進一步的，所述控制計算機還顯示所設定的參考頻率、脈沖計數器輸出的脈沖頻 率信號以及比例積分微分控制模塊的判斷與計算結果；
[0021] 以及，存儲預先設定的參考頻率、讀取到的脈沖頻率信號及通過PID控制算法計算 出相應的電壓數值。
[0022] 進一步的，通過PID控制算法計算出相應的電壓數值的公式為：
[0023]
[0024] 其中，u(t)為計算出的電壓數值;e(t)=r(t)_y(t)，r(t)為參考頻率，y(t)為脈沖 計數器輸出的脈沖頻率信號;h為積分時間，Td為微分時間，k。為比例增益。
[0025] 由上述本發明提供的技術方案可以看出，采用光電轉換輸出電路準確快速的輸出 后繼光路斬光盤的頻率，相比于電機霍爾傳感器輸出的轉速電壓信號更加準確可靠；同時， 通過控制計算機針對斬光盤系統的特性，進行電壓輸出控制，可有效降低后繼光路斬光盤 系統的時滯特性，兼具快速性、準確性和穩定性，同時具有良好的動態和靜態特性；同時，通 過控制計算機進行相關計算和結果顯示，每一環節的中間結果可隨時保存和回放顯示。
【附圖說明】
[0026] 為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用 的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本 領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他 附圖。
[0027] 圖1為本發明實施例提供的實現激光雷達后繼光路斬光盤輸出頻率的穩定方法的 結構示意圖；
[0028] 圖2為本發明實施例提供的控制計算機的示意圖；
[0029]圖3為本發明實施例提供的控制計算機的工作流程圖；
[0030] 圖4為本發明實施例提供的裝置啟動到輸出頻率穩定一段時間的斬光盤輸出頻率 的結果示意圖。
【具體實施方式】
[0031] 下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本 發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施 例，都屬于本發明的保護范圍。
[0032] 本發明實施例提供一種激光雷達后繼光路斬光盤輸出頻率的穩定方法，該方法主 要包括：
[0033] 利用控制計算機根據預先設定參考頻率以及脈沖計數器輸出的脈沖頻率信號控 制可編程穩壓電源輸出指定的直流電壓；
[0034] 利用電機驅動器根據可編程穩壓電源輸出的直流電壓輸出高扭矩高轉速驅動電 機旋轉所需的相序電壓，以及監測所述高扭矩高轉速驅動電機中霍爾傳感器返回的速度控 制信號，方向控制信號和制動控制信號，形成第一層閉環控制；
[0035] 利用高扭矩高轉速驅動電機驅動斬光盤片按照一定的速度旋轉；其中，所述高扭 矩高轉速驅動電機內部封裝有霍爾傳感器，用于形成與電機驅動器的閉環控制;所述斬光 盤片固定在所述高扭矩高轉速驅動電機的轉軸上，所述斬光盤上帶有多個槽口，用于切割 激光雷達中接收望遠鏡的回波信號以及切割光電轉換觸發輸出電路；
[0036] 利用光電轉換觸發輸出電路輸出代表斬光盤片轉動速度的脈沖頻率信號，供所述 脈沖計數器讀取以及產生激光雷達所需的主同步時鐘信號，所述主同步時鐘信號分頻后同 步激光雷達系統中其他部件；
[0037] 利用脈沖計數器將脈沖頻率信號傳輸至所述控制計算機，形成第二層閉環控制。
[0038] 本發明實施例中，還利用開關電源供給電機驅動器所需的電源電壓。
[0039] 本發明實施例中，控制計算機控制可編程穩壓電源輸出指定的直流電壓的過程如 下：
[0040] 預先設定參考頻率；
[0041 ]讀取脈沖計數器輸出的脈沖頻率信號；
[0042]比較脈沖計數器輸出的脈沖頻率信號與參考頻率之間的大小，并判斷二者的偏差 大小是否在預定范圍內；
[0043] 若在預定范圍內，則不做電壓調整，由控制計算機控制可編程穩壓電源輸出與上 一周期相同數值的直流電壓；
[0044] 若不在預定范圍內，貝lj通過PID控制算法計算出相應的電壓數值，并由控制計算機 控制可編程穩壓電源輸出所計算出電壓數值的直流電壓。
[0045] 本發明實施例中，所述控制計算機還顯示所設定的參考頻率、脈沖計數器輸出的 脈沖頻率信號以及比例積分微分控制模塊的判斷與計算結果；
[0046] 以