基于双阈值前沿时刻鉴别法的高频脉冲激光测距系统

《基于双阈值前沿时刻鉴别法的高频脉冲激光测距系统》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第３３卷第９期光学学报Ｖｏｌ．３３，Ｎｏ．９２０１３年９月ＡＣＴＡＯＰＴＩＣＡＳＩＮＩＣＡＳｅｐｔｅｍｂｅｒ，２０１３基于双阈值前沿时刻鉴别法的高频脉冲激光测距系统陈瑞强江月松裴朝（北京航空航天大学电子信息工程学院，北京１００１９１）摘要百千赫兹量级测量重复频率和亚厘米量级测量精度的脉冲激光测距系统是激光测距领域的研究热点之一。分析研究了基于皮秒脉冲激光器的激光测距系统的实现原理和方法，针对激光脉宽极窄的特点，使用双阈值前沿时刻鉴别法和电压比较器输出数字信号的脉宽控制方法，并配合ＴＤＣ－ＧＰＸ高精

2、度时间数字转换芯片，达到了设计要求。实验结果表明：测距系统工作稳定可靠，测量重复频率达到５００ｋＨｚ，单次测距精度范围为［４ｍｍ，１０ｍｍ］。关键词测量；脉冲激光测距；皮秒激光器；双阈值前沿时刻鉴别法；数字信号脉宽控制；ＴＤＣ－ＧＰＸ芯片中图分类号ＴＮ２４９文献标识码Ａｄｏｉ：１０．３７８８／ＡＯＳ２０１３３３．０９１２００２ＨｉｇｈＦｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄＨｉｇｈＡｃｃｕｒａｃｙＬａｓｅｒＲａｎｇｉｎｇＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＤｏｕｂｌｅＴｈｒｅｓｈｏｌｄｓＬｅａｄｉｎｇ－ＥｄｇｅＴｉｍｉｎｇ

3、ＤｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎＣｈｅｎＲｕｉｑｉａｎｇＪｉａｎｇＹｕｅｓｏｎｇＰｅｉＺｈａｏ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９１，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｌａｓｅｒｒａｎｇｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｈｕｎｄｒｅｄｓｏｆｋｉｌｏｈｅｒｔｚｍｅａｓｕｒｉｎｇｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｓｕｂ－ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒｌｅｖｅｌａｃｃｕｒａｃｙｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｈｏｔｓｐｏｔｓｉ

4、ｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｌａｓｅｒｒａｎｇｉｎｇ．Ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｍｅｔｈｏｄｏｆｒｅａｌｉｚｉｎｇｌａｓｅｒｒａｎｇｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂａｓｅｄｏｎｐｉｃｏｓｅｃｏｎｄｐｕｌｓｅｄｌａｓｅｒ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｕｔｍｏｓｔｎａｒｒｏｗｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈ，ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｄｏｕｂｌｅｔｈｒｅｓｈｏｌｄｓｌｅａｄｉｎｇ－ｅｄｇｅｔｉｍｉｎｇｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎａｎｄｗｉｄｔｈｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｏｆｄｉｇｉｔａｌｓｉｇｎａｌｇｅ

5、ｎｅｒａｔｅｄｂｙｖｏｌｔａｇｅｃｏｍｐａｒａｔｏｒａｒｅａｐｐｌｉｅｄ．ＣｏｕｐｌｅｄｗｉｔｈｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙｔｉｍｅｔｏｄｉｇｉｔａｌｃｈｉｐＴＤＣ－ＧＰＸ，ｉｔｃａｎａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｓｙｓｔｅｍ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｓｔａｂｌｅａｎｄｒｅｌｉａｂｌｅ，ｔｈｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃａｎｂｅｕｐｔｏ５００ｋＨｚ，ａｎｄｔｈｅｒａｎｇｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｉｓｂｅｔｗｅｅｎ４ｍｍａｎｄ１０ｍｍ．Ｋｅｙｗｏ

6、ｒｄｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｐｕｌｓｅｄｌａｓｅｒｒａｎｇｉｎｇ；ｐｉｃｏｓｅｃｏｎｄｐｕｌｓｅｄｌａｓｅｒ；ｄｏｕｂｌｅｔｈｒｅｓｈｏｌｄｓｌｅａｄｉｎｇ－ｅｄｇｅｔｉｍｉｎｇｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎ；ｗｉｄｔｈｃｏｎｔｒｏｌｏｆｄｉｇｉｔａｌｓｉｇｎａｌ；ＴＤＣ－ＧＰＸｃｈｉｐＯＣＩＳｃｏｄｅｓ１２０．１８８０；１４０．３５３８；２８０．３４００１引言宽、信噪比、回波时刻鉴别精度和时间数字转换精度［５－９］等。由脉冲激光测距原理可知，激光脉宽越窄，脉冲激光测距的基本原理是，主动向目标发射

7、激光脉冲，探测该目标上被照射点的激光回波，测量测距精度越高，但会造成接收通道的带宽随之增大。激光脉冲的飞行时间，从而计算出目标的距离信息。一般脉冲激光测距系统使用的激光脉宽为纳秒量脉冲激光测距具有激光发射峰值功率高、探测距离级，接收通道为百兆赫兹级带宽。本文使用的激光远以及对光源相干性要求低等优点，在地球地貌测脉宽约为５５０ｐｓ，接收通道需要１ＧＨｚ带宽才能满绘、资源调查、城市三维建模、工业测量等领域得到足要求，增加了恒比定时时刻鉴别法和高通容阻时广泛应用［１－４］。刻鉴别法的实现难度，故选用双阈

8、值前沿时刻鉴别脉冲激光测距的精度主要依赖于接收通道的带法消除时间漂移误差，原理及实现相对简单可行。收稿日期：２０１３－０３－０４；收到修改稿日期：２０１３－０４－１２基金项目：国家９７３计划（２０１１ＣＢ７０７００１）作者简介：陈瑞强（１９８３—），男，博士研究生，主要从事激光测距及三维成像等方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｄｒｅａｍｓｋｙｃｈｒｑ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ导师简介：江月松（１９５９—），男，教授，博士生导师，主要从事光电探测及遥感遥测等方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｕｅｓｏｎｇ