基于线阵apd探测器的脉冲式一维非扫描激光雷达系统

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1、第41卷第1期红外与激光工程2012年1月Vol.41No.1InfraredandLaserEngineeringJan.2012基于线阵APD探测器的脉冲式一维非扫描激光雷达系统郑睿童，吴冠豪(清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器国家重点实验室，北京100084)摘要：介绍了非扫描激光雷达的原理，描述了研制的基于线阵APD雪崩光电二极管的一维非扫描激光雷达系统。该系统使用线阵APD作为探测器，红外脉冲式纳秒激光器作为探测光源，利用飞行时间法实现了目标的一维距离图像的非扫描测量。系统使用了APD多通

2、道并行前置放大电路，并利用模拟开关控制高速继电器进行多通道轮询切换，实现了APD阵列的多通道驱动，并有效地降低了通道间的串扰。进行了多组6~18m的一维距离成像实验，结果表明系统的距离分辨率优于10cm，各通道的平均测距标准偏差约为8.6cm。该系统的设计为将来的面阵APD二维非扫描激光雷达的研制奠定了基础。关键词：非扫描激光雷达；线阵APD；脉冲式激光测距中图分类号：TN247文献标志码：A文章编号：1007-2276(2012)01-0096-05Pulsedone-dimensionalscan

3、nerlessLiDARsystembasedonlinearAPDarrayZhengRuitong,WuGuanhao(StateKeyLaboratoryofPrecisionMeasurementTechnologyandInstruments,DepartmentofPrecisionInstruments,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)Abstract:TheprincipleofscannerlessLiDARwasintroduced.T

4、hedevelopedone-dimensionalscannerlessLiDARsystembasedonlinearAPDwasdescribed.LineararrayAPDandinfraredpulsednanosecondlaserwereemployedasdetectorandprobelightsourcerespectively.Byusingthetime-of-flightpulsedlaserrangefindingtechnique,theone-dimensionals

5、cannerlessdistanceimageofthetargetcouldbeobtained.Parallelmulti-channelpre-amplifierswereimplementedandhigh-speedrelayswereusedtoswitchbetweenchannels,bywhich,theisolationofchannelswereimprovedeffectively.Severalgroupsofone-dimensionaldistanceimagingexp

6、erimentswerecarriedout.Theresultsillustratethattheresolutionsofmulti-channeldistanceimagingarebetterthan10cmandtheaveragestandarddeviationforchannelsisapproximateto8.6cm.Thedesigninthissystemprovidesthebasisondevelopingthetwo-dimensionalscannerlessLiDAR

7、byAPDplanararray.Keywords:scannerlessLiDAR;linearAPD;pulsedlaserrangefinding收稿日期：2011-05-12；修订日期：2011-06-30基金项目：国家自然科学基金(40801123)作者简介：郑睿童(1985－)，男，博士生，主要从事激光雷达方面的研究工作。Email:zrt08@mails.tsinghua.edu.cn第1期郑睿童等：基于线阵APD探测器的脉冲式一维非扫描激光雷达系统97D=C△T/2(1)0引言式中：D

8、为所测距离；C为光速；△T为时间差。图1为自主研制的LLiDAR10原理示意图(省略激光雷达(LiDAR)技术被广泛应用于地表形貌了信号处里电路部分)。激光发射器是波长为1064nm测绘、军事侦查、大气探测、空间技术、三维虚拟现的脉冲式半导体泵浦Nd:YAG激光器(MPL-H-1064)。[1]实、机器人视觉等领域。传统的飞行时间法(TOF)激光脉冲宽度约为10ns，单脉冲能量约为100μJ。受脉冲式激光雷达测量激光发射脉冲及接收脉冲之间主板触发信号的控