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专利号: 2025104376375
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种控制机载激光雷达回波信号强度自增益的方法,其特征在于,包括以下步骤:S1,设定FPGA接收峰值检测电路的峰值数据的目标值与动态区间,通过若干光强传感器计算当前的环境光强;

S2,根据设定的光照阈值切换不同的控制模式,并设置滞回区,通过采用滑动窗口计算光强的平均值与变化趋势;

S3,通过峰值检测电路将光电探测器PMT输出的回波信号的峰值数据传回到FPGA;

在S2中,FPGA根据光照阈值判断到环境光强在弱光范围内进入弱光模式,所述弱光模式包括以下步骤:S211,FPGA接收到由ADC电路采集峰值检测电路的输出值偏大或偏小时,通过内部的PID算法计算出使用可控液晶光阀功能时DAC需要转换的电压;

S212,DAC将电压值输出到可控液晶光阀的控制电压处,来控制返回光强度的衰减程度,直到FPGA判断到峰值检测电路输出的电压值在动态区间内;

S213,FPGA使用DDS技术调控PMT的控制电压;

在S2中,FPGA根据光照阈值判断到环境光强在强光范围内进行强光模式,所述强光模式包括以下步骤:S221,FPGA通过此时可编程增益放大器PGA的增益值,反推回波信号的原始强度;

S222,FPGA根据回波信号的原始强度与自增益系统设定值的比值,重新计算出增益值;

S223,将增益值输入到PGA的编译处;

在S2中,FPGA根据光照阈值判断到环境光强在中光范围内进入中光模式,所述中光模式包括以下步骤:S231,FPGA检测到峰值检测电路的输出处于动态区间内时,并使用DDS技术调控PMT的控制电压;

S232,若峰值检测电路的输出值大于目标值时,跳转至弱光模式,并更新弱光阈值为此时环境光强的值;若峰值检测电路的输出值小于目标值时,跳转至强光模式,并更新强光阈值为此时环境光强的值。

2.根据权利要求1所述的一种控制机载激光雷达回波信号强度自增益的方法,其特征在于,在S1中,FPGA通过将各光强传感器所检测到的光强值采用加权的方式来计算环境光强。

3.根据权利要求2所述的一种控制机载激光雷达回波信号强度自增益的方法,其特征在于,在S2中,当从环境弱光范围到环境中光范围的光强值连续超过光照阈值的110%三次以上时,保持可控液晶光阀的控制电压不变,预加载PMT控制电压的初始值后,可控液晶光阀的控制电压权重WP从100%至0%线性变化,PMT的控制电压权重WC从0%至100%线性变化:VC(OUT)=VC0×WC+VC(MIN);

VP(OUT)=(VP‑VP(MIN))×WP+VP(MIN);

式中,VC为PMT的控制电压;VC0为预向PMT控制电压增加电压的初始值;VP为可控液晶光阀的控制电压;VC(OUT)为PMT控制电压的实际输入值;VP(OUT)为可控液晶光阀控制电压的实际输入值;K为标定系数。

4.根据权利要求3所述的一种控制机载激光雷达回波信号强度自增益的方法,其特征在于,在S2中,当从环境中光范围到环境弱光范围的光强值连续低于光照阈值的90%三次以上时,保持PMT的控制电压不变,预加载可控液晶光阀的控制电压的初始值后,可控液晶光阀的控制电压权重WP从0%至100%线性变化,PMT的控制电压权重WC从100%至0%线性变化:VC(OUT)=(VC‑VC(MIN))×WC+VC(MIN);

VP(OUT)=VP0×WP+VP(MIN);

式中,VP0为预向可控液晶光阀控制电压增加电压的初始值。

5.根据权利要求4所述的一种控制机载激光雷达回波信号强度自增益的方法,其特征在于,在S2中,当从环境中光范围到环境强光范围的光强值连续低于光照阈值的105%三次以上时,保持PMT的控制电压不改变,预加载PGA增益的初始值后,PMT的控制电压权重WC从

100%至0%线性变化,PGA增益值权重WG从0%至100%线性设定:VC(OUT)=(VC‑VC(MiN))×WC+VC(MIN);

AV(OUT)=AV0×WG+1;

式中,AV0为预向PGA增加增益的初始值;V(OUT)为当前峰值检测电路输出值;V(SET)为设定的回波信号的电压强度;AV(OUT)为PGA的实际增益值。

6.根据权利要求5所述的一种控制机载激光雷达回波信号强度自增益的方法,其特征在于,在S2中,当从环境强光范围到环境中光范围的光强值连续低于光照阈值的95%三次以上时,保持可控液晶光阀的控制电压不变,预加载PMT的控制电压的初始值后,PMT的控制电压权重WC从0%至100%线性变化,PGA增益值权重WG从100%至0%线性设定:VC(OUT)=VC0×WC+VC(MIN);

AV(OUT)=(AV‑1)×WG+1;

式中,A1为PMT的增益;M为标定系数;VC(OUT)为PMT控制电压的实际输入值;AV(OUT)为PGA的实际增益值。

7.根据权利要求6所述的一种控制机载激光雷达回波信号强度自增益的方法,其特征在于,设定异常情况,即当三次检测到环境光强连续在滞回区边界附近波动时,将自动扩展滞回区间;

当环境光强变化速率过快,超过速率变换上限的设定值SSET时,将临时缩小滞回区间,提高响应速度;

式中,s为变换斜率;Ei为第i次采集出的光强值,单位为Lux; 为最近10次采样的光强平均值;ti为第i次采样的时间点;为最近10次采样的时间平均值;

若 时,表示环境光强快速下降,提前初始化可控液晶光阀的控制参数,并准备在超过时切换至弱光模式;

若 时,表示环境光强快速上升,提前初始化PGA的增益值,并准备在超过时切换至强光模式。