三維激光成像系統(tǒng)中高精度測距技術(shù)的研究.pdf

1、激光測距越來越多的應用在軍事以及民用工業(yè)中，測距精度的提高也成為其研究重點。而影響測量精度的因素主要包括進入激光的光脈沖的信噪比，上升沿觸發(fā)方式，接收系統(tǒng)帶寬以及激光發(fā)射光和目標物反射光之間的時間間隔等，其中對測距精度起決定作用的是時間間隔的測量精度對測距精度起決定作用。傳統(tǒng)的數(shù)字法測距受時鐘頻率限制，只能達到100ns的測量精度，而模擬測距法雖然精度上相對于數(shù)字法有了很大的提高，但是存在非線性現(xiàn)象，隨著測量范圍的增加會降低精度。本文為

2、了彌補傳統(tǒng)測距法的不足，在三維成像激光雷達系統(tǒng)中，針對時間間隔的測量精度提出了一種基于TDC-GP1計數(shù)芯片的高精度測量方法，把時間間隔直接轉(zhuǎn)化為高精度的數(shù)字，并結(jié)合軟硬件的實現(xiàn)方法，通過DSP芯片控制TDC-GP1進行單通道的時間間隔測量，由內(nèi)部粗計數(shù)器和精延時通道合作完成時間間隔測量，直接將待測時間間隔轉(zhuǎn)換成數(shù)字量讀出。
　　本文首先對激光測距的方法和原理進行了介紹，闡述了脈沖激光測距法相對于相位測距法、三角測距法、反饋測距法

3、的優(yōu)越性。并著重討論了人們對于脈沖測距法中有關(guān)時間間隔測量方法的研究進展，分析了傳統(tǒng)測量方法的種種弊端，提出了基于TDC-GP1計數(shù)芯片的測量方法，這種方法可有效地減小電路規(guī)模，使測距機更加小型化，對于降低硬件的成本、提高整個系統(tǒng)的靈活性、可靠性、適應性以及縮短開發(fā)周期，都具有重大的實際意義。
　　然后研究了TDC-GP1高精度計數(shù)芯片的結(jié)構(gòu)特性、工作原理和軟件設(shè)計，其中軟件設(shè)計主要是對芯片的工作模式的選擇，寄存器設(shè)置以及讀寫進行

4、控制。本文還對基于TDC-GP1的外圍電路設(shè)計進行了分析研究，整個系統(tǒng)的硬件設(shè)計部分包括電源轉(zhuǎn)換電路、測距電路、電機掃描電路以及測量單元與上位機的數(shù)據(jù)接口電路等。并著重對測距電路部分的信號進行采樣分析。另外由于系統(tǒng)是通過DSP和CPLD組成的MCU電路產(chǎn)生系統(tǒng)時序，因此在實際應用中可以根據(jù)需要靈活調(diào)節(jié)系統(tǒng)時序。
　　在文章的最后，針對影響測距部分電路的精度因素進行了理論分析和實驗驗證，其中包括噪聲分析和對芯片的溫度測試。對于噪聲分