脉冲自触发高精度测距技术的设计与实现
脉冲自触发高精度测距技术的设计与实现
脉冲自触发高精度测距技术的设计与实现
王源;秦开宇
【期刊名称】《中国测试》
【年(卷),期】2007(033)003
【摘要】介绍了把脉冲自触发技术与双光路误差模型应用于激光测距系统,从而完成精密距离测量的一种测量技术.探讨了将脉冲自触发技术、恒比值时点判别技术以及光路系统误差修正技术相结合而实现的高精度时间测量的测量原理与实现,并根据实验结果进行了定性分析.
【总页数】4页(P24-26,60)
【作者】王源;秦开宇
【作者单位】电子科技大学,四川,成都,610054;电子科技大学,四川,成都,610054【正文语种】中文
【中图分类】TN247
【相关文献】
1.高精度时间测量技术及其在脉冲激光测距中的应用 [J], 邓全;李磊;马敏;王聪翀;刘果
2.脉冲式高精度激光测距技术研究 [J], 陈弈;郭颖;杨俊;黄庚华;舒嵘
3.自动增益控制的自触发脉冲激光测距技术 [J], 赵大龙;秦来贵;霍玉晶
4.单自触发脉冲激光测距技术 [J], 陈千颂;赵大龙;秦来贵;杨成伟;霍玉晶
5.高精度多脉冲激光测距回波检测技术 [J], 高玮;马世伟;段园园
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
脉冲雷达高精度测距方法研究与仿真
脉冲雷达高精度测距方法研究与仿真脉冲雷达是一种通过发射和接收电磁脉冲来实现测距的技术。
它在军事、安防、工业等领域具有重要的应用价值。
本文将对脉冲雷达的高精度测距方法进行研究与仿真。
脉冲雷达的测距原理是利用电磁波在空间传播的时间差来计算目标物体与雷达的距离。
通常，雷达首先发射一个短时脉冲信号，然后接收目标物体反射回来的信号。
通过测量发射信号和接收信号之间的时间差，可以得到目标物体与雷达之间的距离。
为了提高脉冲雷达的测距精度，研究人员提出了一些方法。
首先是超高精度脉冲雷达技术。
该技术利用超高精度的本振信号，以及精确的时钟同步技术，可以将测距精度提高到亚米级甚至毫米级。
这种技术通常用于精确测量静止的目标物体的距离。
其次是多普勒效应在脉冲雷达中的应用。
多普勒效应是由于目标物体与雷达之间的相对运动而导致的频率偏移。
通过测量多普勒频移，可以计算出目标物体的速度。
在脉冲雷达中，将多普勒频移转换为距离信息，可以实现目标物体的测距。
另外，脉冲压缩技术也是提高脉冲雷达测距精度的重要方法。
脉冲压缩技术利用信号处理算法，将发射信号的频带展宽，然后将接收信号与展宽后的发射信号进行相关处理，从而实现信号的压缩。
这种方法可以提高脉冲雷达的分辨率和测距精度。
为了验证上述方法的有效性，我们可以通过仿真来进行验证。
仿真可以复现雷达工作的环境和参数，通过控制变量的方法，研究不同方法对测距精度的影响。
例如，我们可以利用Matlab等工具进行脉冲雷达仿真。
通过设定不同的目标物体距离、速度等参数，分别采用不同的测距方法进行仿真实验。
通过比较仿真结果和真实值，评估不同方法的测距精度。
综上所述，脉冲雷达的高精度测距方法研究与仿真具有重要意义。
通过研究与仿真，我们可以深入理解脉冲雷达的测距原理和方法，进一步提高测距精度。
同时，仿真结果也可以为实际应用提供参考，指导雷达系统的优化和改进。
高精度脉冲式激光测距系统的设计
冲式激 光 测 距 系 统 进 行 了 整体 方 案 设 计 ，由 Ｔ Ｄ Ｃ ． Ｇ Ｐ ２ ２ 高精度 时间测量 芯片 、Ｓ Ｔ Ｍ ３ ２单 片机 、发 射 电 路及 接收电路等几 部分构成 。基 于理论分析 ，设计实 验内容和实验方案 ，按照实验 的步骤分别设计硬件 和 软件 ，在大量实验数据分析 的基础下 ，最终验证该方 案 的可行性 ，满足要求 的技术指标 。
Ｔ Ｉ Ａ Ｎ Ｈａ ｉ ｊ ｕ ｎ ， Ｙ Ａ Ｎ Ｇ Ｔ ｉ ｎ ｇ ， Ｚ Ｈ Ａ ｏ ｆ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，Ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ａ ｓ ｔ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｃ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｊ ｉ ｌ ｉ ｎ Ｊ ｉ ｌ ｉ ｎ １ ３ ２ ０ ０ ０ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
提高脉冲激光飞行 的时间测 量精 度 ，采用 时间数 字转换 芯片 Ｔ Ｄ Ｃ ． Ｇ Ｐ ２ ２ ，单片机通过 Ｓ Ｐ Ｉ 接 口技 术读 取测量结果 ，经单片机 处 理后的数据 传给 Ｌ Ｃ Ｄ１ ２ ８ ６ ４显示器 。测试结果表明 ：该测量方法精度达到 ６ ５ ｐ ｓ ，可以满足工业领域 的要求 。
前测量距离 中比较理想的仪器。在 国内外 ，激光测距 应用在激光雷达 、航 空遥控 、数字检测通信 、地形测 量 、跟踪导弹轨迹 等领域 中。在工业生产过程 中 ，有 许 多地方需 要对高 度 、宽度 、距离 、长度等进行精确
测量 。文 中采用德 国 Ａ Ｃ Ａ Ｍ公司生产的 Ｔ Ｄ Ｃ — Ｇ Ｐ ２ ２芯
２ ０ １ ７年 ２月
机床与液压
ＭＡＣＨＩ ＮＥ ＴＯ０Ｌ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬ Ｉ ＣＳ
Ｆ ｅ ｂ． ２ ０１ ７ Ｖｏ １ ． ４５ Ｎｏ ． ３
高精度脉冲激光测距电路的研究
提高度脉冲激光测距高精的方法研究一、概述激光测距因其主动性、准直性以及相干性等特广泛应用于激光雷达、激光制导、激光近距探测军事及民用领域。
激光测距的基本原理是通过对脉冲往返于测距仪和被测目标之间的传播时间检测来实现距离的测量的。
传统激光脉冲计数法测距的测量精度不高，一般为分米量级，大大地限制了在这样的情况下，虽然可以引入数字/模拟内插术，将待测量时间进行放大处理，或进多周期的统计平均测量，但这些处理方式较为复杂，而且单次测量时也很长，不利于激光测距机的高精度、小型化、轻量化的发展方向，大大限制了这类仪器的使用范围。
为克服传统脉冲激光测距中存在的提高测距精度和缩短测量时间两者之间的矛盾，本文提出了基于恒比值时点判别技术、光路系统误差修正补偿技术、高精度时间间隔测量技术相结合起来实现的一种中短距离高精度激光脉冲测距方法，该方法比传统脉冲重复频率测量方法具有更高的测量精度和更快的测量速度，并且有效摆脱了时间间隔测量能力对测距精度的根本限制。
二、脉冲激光测距原理脉冲测距仪发射出的激光激光据脉冲，经被测量物体的反射后又被测距仪接收，测距仪同时记录激光往返的时间t，光速c 和往返时间t 的乘积的一半，即：D=（C.t）/2测距仪系统组成图三、影响测距精度的主要因素及解决方法3.1、激光回波脉冲幅度对测距精度的影响及解决方法3.1.1 激光回波脉冲幅度对测距精度的影响分析在脉冲式激光测距系统中，整个接收部分要完成的功能是将光学脉冲转换为电压幅度信号，并且提取准确的时间鉴别点，以便进行时间间隔测量。
目前常用的方法是，时间鉴别点从脉冲信号的边沿鉴别，这种前沿鉴别技术是通过脉冲前沿与一恒定阈值电压进行比较而触发形成接收脉冲信号。
如果脉冲信号幅度变化，时间鉴别点的位置也将变化，从而产生相位误差从而影响测距精度在不考虑信号饱和引起的延时误差外，实际上，接收信号的幅度主要依赖于测量距离，目标的反射率及目标的角度。
即这个动态的范围依赖于具体的应用，很可能是1：1000或是更高，此环节由回波信号前沿（15-20ns）对测距精度的影响如下图所示(v1为触发阈值)。
《脉冲式半导体激光测距系统的设计》范文
《脉冲式半导体激光测距系统的设计》篇一一、引言随着科技的不断进步，测距技术已成为众多领域不可或缺的技术手段。
在众多测距技术中，脉冲式半导体激光测距系统因其高精度、高速度和远距离测量的特点，在工业自动化、无人驾驶、地形测绘等领域得到了广泛应用。
本文将详细介绍脉冲式半导体激光测距系统的设计原理、系统架构及实现方法。
二、系统设计原理脉冲式半导体激光测距系统主要基于激光测距原理，通过发射激光脉冲并接收反射回来的光信号，计算激光往返时间差来确定距离。
该系统主要由激光发射器、光信号接收器、信号处理单元及控制系统等部分组成。
1. 激光发射器：选用高功率、高稳定性的脉冲式半导体激光器作为发射器，以产生精确的激光脉冲。
2. 光信号接收器：采用高灵敏度、高响应速度的光电探测器接收反射回来的光信号。
3. 信号处理单元：对接收到的光信号进行放大、滤波和数字化处理，以提取出有用的距离信息。
4. 控制系统：负责控制激光发射器的发射时机和光信号接收器的数据采集，同时与上位机进行通信，将测得的距离数据传输给上位机进行处理。
三、系统架构设计脉冲式半导体激光测距系统的架构设计主要包括硬件设计和软件设计两部分。
（一）硬件设计1. 激光发射模块：包括激光二极管及驱动电路，负责产生精确的激光脉冲。
2. 光信号接收模块：包括光电探测器及预处理电路，负责接收并预处理反射回来的光信号。
3. 信号处理模块：包括放大器、滤波器和模数转换器等，负责对光信号进行进一步的处理和数字化。
4. 控制系统模块：包括微处理器及其外围电路，负责控制整个系统的运行并处理与上位机的通信。
（二）软件设计软件设计主要包括控制系统的程序设计。
程序设计应具备以下功能：1. 控制激光发射器的发射时机，确保激光脉冲的精确性。
2. 控制光信号接收器的数据采集，并将接收到的数据进行初步处理。
3. 与上位机进行通信，将处理后的距离数据传输给上位机。
4. 具备友好的人机交互界面，方便用户操作和查看测距结果。
脉冲测距方案
脉冲测距方案引言脉冲测距是一种常用的测量物体距离的方法，广泛应用于工业、军事和科学等领域。
本文将介绍脉冲测距的原理、应用以及实施的方案。
脉冲测距原理脉冲测距利用了光、声波或电磁波等的传播速度恒定的特性，测量物体与传感器之间的距离。
其原理可以简要概括为以下几个步骤：1.发射脉冲信号：传感器会发射一段脉冲信号，该信号可以是光脉冲、声波脉冲或电磁波脉冲。
2.接收反射信号：脉冲信号在遇到物体后会被反射回来，传感器会接收到反射信号。
3.计算时间差：通过测量脉冲信号发射和接收之间的时间差，可以计算出物体与传感器之间的距离。
4.转换为物理距离：根据光、声波或电磁波的传播速度，将时间差转换为物理距离。
脉冲测距的应用脉冲测距在许多领域中都有广泛的应用，下面列举了一些常见的应用场景：超声波测距仪超声波测距仪是一种利用声波脉冲进行测距的仪器。
它常用于工业控制、液位测量、机器人导航等领域。
激光测距仪激光测距仪利用激光脉冲进行测距，其精度高、测量速度快，常用于建筑测量、地图绘制、排雷等领域。
雷达测距雷达测距是一种利用电磁波脉冲进行测距的方法，常用于军事侦察、导航定位等领域。
脉冲测距方案实施脉冲测距的方案主要包括硬件和软件两个方面。
硬件方案在脉冲测距的硬件方案中，关键的组件通常包括：•发射器：用于发射脉冲信号，可以是激光器、声波发射器或电磁波发射器等。
•接收器：用于接收反射信号，常通过传感器或接收天线实现。
•控制电路：负责控制发射器和接收器的工作时序，以及接收到的信号处理等。
•计算单元：用于计算时间差并转换为物理距离。
通常是通过微处理器或FPGA等实现。
硬件方案的选型和设计需要根据具体的应用场景和测量要求来确定，其中包括测量范围、精度、测量速度等因素。
软件方案脉冲测距的软件方案主要包括信号处理和距离计算两个部分。
•信号处理：接收到的反射信号通常会经过放大、滤波、去噪等处理，以便提取有效的脉冲信号。
•距离计算：通过计算脉冲信号发射和接收之间的时间差，结合光、声波或电磁波的传播速度，将时间差转换为物理距离。
《脉冲式半导体激光测距系统的设计》范文
《脉冲式半导体激光测距系统的设计》篇一摘要：本篇论文旨在深入探讨脉冲式半导体激光测距系统的设计原理及其实现过程。
文章首先介绍了系统的基本原理和构成，随后详细描述了系统设计的各个步骤，包括硬件选择与配置、软件算法设计等，最后通过实验数据和结果分析验证了设计的可行性和有效性。
一、引言随着科技的不断发展，激光测距技术已成为现代测距领域中最为重要的技术之一。
其中，脉冲式半导体激光测距系统以其高精度、快速响应等特点，在工业测量、自动驾驶、机器人导航等领域得到了广泛应用。
本文将重点介绍脉冲式半导体激光测距系统的设计原理和实现过程。
二、系统基本原理脉冲式半导体激光测距系统主要由激光发射器、接收器、计时器和控制单元等部分组成。
系统通过发射激光脉冲并测量反射回来的时间差，结合光速计算得到目标距离。
该系统具有非接触式测量、测量速度快、精度高等优点。
三、硬件设计1. 激光发射器：选用高功率、窄脉冲宽度的半导体激光器作为发射器，确保测距的准确性和响应速度。
2. 接收器：选用高灵敏度、快速响应的光电探测器作为接收器，用于接收反射回来的激光信号。
3. 计时器：采用高精度计时模块，用于测量激光脉冲的往返时间。
4. 控制单元：以微处理器为核心，负责整个系统的控制与数据处理。
四、软件算法设计1. 系统初始化：设置系统参数，如激光脉冲的发射频率、计时器的采样率等。
2. 数据采集与处理：通过控制单元控制激光发射器和接收器，采集反射回来的激光信号，并通过软件算法处理得到目标距离。
3. 信号处理与抗干扰：采用数字滤波等技术，降低外界干扰对测距结果的影响。
4. 数据传输与存储：将处理后的数据通过串口或网络等方式传输至上位机，并存储在本地数据库中。
五、实验与结果分析为了验证设计的可行性和有效性，我们进行了多次实验。
实验结果表明，该脉冲式半导体激光测距系统具有较高的测量精度和稳定性，能够满足工业测量、自动驾驶、机器人导航等领域的需求。
此外，该系统还具有非接触式测量、测量速度快等优点，为现代测距技术提供了新的解决方案。
脉冲测距方案
脉冲测距方案脉冲测距是一种常用的测量技术，通过发送脉冲信号并测量信号的往返时间来计算距离。
在工业、军事和科学领域中，脉冲测距方案被广泛应用于距离测量、目标探测和避障等应用中。
本文将介绍两种常见的脉冲测距方案，分别是时间差测距和飞行时间测距。
时间差测距方案时间差测距方案通过测量脉冲信号发送和接收之间的时间差来计算目标物体与测距系统之间的距离。
其基本原理是利用电磁波在空气中传播的速度恒定不变的特性，将发送的脉冲信号发射出去，并等待接收到信号的反射回来。
测距系统会记录下信号发射和接收的时间，并计算时间差。
通过已知电磁波在空气中的传播速度，即可根据时间差计算出目标物体与测距系统之间的距离。
时间差测距方案的精度取决于信号发射和接收的时间测量精度，以及信号在传播过程中可能遇到的干扰。
为了提高测距精度，可以使用高频率的脉冲信号和精确的时间测量设备。
此外，还可以通过增加反射目标的反射面积或使用反射镜等辅助设备来增强信号的反射强度，从而提高测量的准确性。
飞行时间测距方案飞行时间测距方案也是一种常用的脉冲测距方法，其原理是利用脉冲信号在空间中的传播时间来计算目标物体与测距系统之间的距离。
与时间差测距方案不同的是，飞行时间测距方案直接测量脉冲信号的往返时间，而无需计算时间差。
在飞行时间测距方案中，测距系统会发射脉冲信号，并等待信号被目标物体反射回来。
通过测量信号发射和接收的时间差以及知道信号传播的速度，就可以计算出目标物体与测距系统之间的距离。
与时间差测距方案相比，飞行时间测距方案的优势在于能够直接获得信号的往返时间，避免了时间测量误差的累积。
同时，飞行时间测距方案的准确性也受到信号传播速度和时间测量精度的影响。
结论脉冲测距方案是一种常用的距离测量技术，其中时间差测距和飞行时间测距是两种常见的实现方式。
它们通过发送脉冲信号并测量信号的往返时间来计算目标物体与测距系统之间的距离。
时间差测距方案通过测量脉冲信号发送和接收之间的时间差来计算距离，而飞行时间测距方案则直接测量信号的往返时间。
脉冲激光测距的设计与研究的开题报告
脉冲激光测距的设计与研究的开题报告一、研究背景和意义脉冲激光测距技术是一种利用激光束测量目标距离的高精度技术。
它广泛应用于建筑、工业、航空、军事等领域，例如测量建筑物、桥梁、隧道等的尺寸，以及导航、制导和火控系统中的测距。
因此，研究脉冲激光测距的设计和优化，对于提高测量精度和实现自动化测量具有重要意义。
二、研究目的和内容本文旨在设计并研究一套脉冲激光测距系统，包括激光器、调制器、接收器、信号处理和距离计算等模块。
具体内容包括：1. 设计一种高功率、相位稳定的激光器，满足距离测量的要求。
2. 设计合适的调制器，实现脉冲激光发射和接收。
3. 设计接收器和信号处理模块，对接收到的信号进行放大、滤波和数字化等处理，提取出目标信号的时间和强度信息。
4. 根据接收到的信号数据，计算目标距离，并对系统进行校准、优化和测试。
三、研究方案和方法1. 激光器设计采用半导体激光器，运用多模斜率效应抑制单模振荡，采用反馈控制保持激光的相位稳定。
2. 调制器选用脉冲调制器，通过控制脉冲宽度和重复频率产生合适的激光脉冲。
3. 接收器部分采用 PIN 光电二极管和高增益的前放电路，滤波器采用数字滤波器，实现信号处理的高效和精确。
4. 利用 TOF（Time of Flight）原理计算目标距离，通过对系统进行校准和优化，提高系统的测距精度和稳定性。
最后，对系统进行测距测试和与其他系统对比测试。
四、研究计划和进度1. 第一阶段（1-2周）：调研相关文献，了解脉冲激光测距的基础理论和现有研究进展。
2. 第二阶段（3-4周）：设计和制作激光器、调制器、接收器，以及信号处理和距离计算模块。
3. 第三阶段（5-6周）：对系统进行校准和优化，测试系统的性能，包括测距精度、稳定性和响应时间等指标。
4. 第四阶段（7-8周）：优化系统的设计，比较实验结果并对系统进行改进和完善。
五、预期结果和成果通过设计和研究脉冲激光测距系统，预期能够获得以下成果：1. 实现一套高精度、高稳定性的脉冲激光测距系统。
对高精度激光脉冲测距技术的
对高精度激光脉冲测距技术的分析杨 帆（神华宁夏煤业集团有限责任公司 宁夏 银川 750000）摘 要： 高精度激光测距技术在现代社会生产中的应用非常的广泛，主要的介绍激光脉冲测距技术的原理，分析影响脉冲激光测距的主要原因，以及针对原因给出解决的措施，介绍提高测量精度的几个方法及其工作原理。
关键词： 高精度激光脉冲；测距；技术分析中图分类号：TN247 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2012）1110188－02脉冲式激光测距具有结构简单、无需目标合作、测量速度系统中传播所消耗的时间对测距的精确的影响，它与测距的距快和测量距离远等优点，这使其在航天和军事以及工业生产领离无关。
距离行走误差则是指由于回波信号的幅度变化所引起域都得到了广泛的利用。
提高激光脉冲测距技术的精度，是急的误差，测绘仪与目标之间距离和反射率上的变化往往会造成需解决的问题。
回路接收器接受到的回波的能量的变化，从而导致回波信号的幅度有所变化。
在鉴别阀值一定的情况下，回波信号幅度的变1 高精度激光脉冲测距技术的原理化会引起其通过阀值的时间发生改变，从而导致测距结果的误第一台脉冲式激光测距仪诞生于上世纪60年代，现在，激差。
系统误差可以通过地面标定的方式来进行调节，尽量的将光脉冲测距技术以得到迅速的发展并有了大量成熟的应用。
其系统误差调整为最小使其不影响激光脉冲测距的准确性。
发展的趋势包括小型化测距仪和人眼安全激光测距仪等。
脉冲3.2 随机误差激光测距技术是通过测量脉冲的飞行时间来测量其与目标之间激光脉冲测距仪的主要误差既是来自于随机误差，随机误的距离的。
具体的说，就是激光测距仪向着目标发射一个激光差包括脉冲时刻鉴别误差和时间间隔测量误差和阀值鉴别芯片脉冲，激光脉冲经目标反射后有测绘仪器的回波接收通道接的输出抖动误差，是影响激光脉冲测距精度的主要原因。
收，并计算出激光脉冲从发射到返回测距仪所消耗的时间。
这3.2.1 脉冲时刻鉴别精度样，测距仪与目标之间的距离D就可以通过所得的数据来计算求由脉冲激光测距技术的公式可知，计算式中只有T是一个得，即：变量，由时刻鉴别系统测定，所以，时刻鉴别系统是脉冲激光D=CT/2测距系统的极为重要的组成部分，因此其测量的精度直接决定其中，C是激光在介质中的传播速度，T被称作飞行时间。
自-高精度超声波测距电路的设计
超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播,途中碰到障碍物就立即返回来,超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/ｓ,根据计时器记录的时间ｔ,就可以计算出发射点距障碍物的距离(ｓ),即:ｓ=340ｔ／２
第二章设计方案论证
AＴ89C52单片机的选择：
AT89Ｃ5２是51系列单片机的一个型号,它是ATＭEL公司生产的。
AT89C52是一个低电压,高性能ＣMOS 8位单片机,片内含8k bｙtes的可反复擦写的Ｆlash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器(ＲAＭ)，器件采用ＡTＭEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-5１指令系统，片内置通用８位中央处理器和Fｌａsh存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。
Ｐ１口
P１是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P１的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）４ 个TＴＬ逻辑
第五章软件程序设计……………………………………………………………
第六章直流电源设计……………………………………………………………
致谢…………………………………………………………………………………………
参考文献……………………………………………………………………………………
第一章绪论
1．1超声波测距的意义
摘要
本文阐述了超声波测距原理，介绍了如何用单片机实现高精度超声波曾局的具体电路,分析了其各单元工作原理,并给出了其程序流程图和源程序。提出了一种基于AT89C51单片机的超声波测距系统的设计方案。详细分析了影响测距系统精度的主要因素，设计了各单元电路的整体电路。重点介绍了提高测量精度的方案和具体实现电路。采用单片机的技术控制。并给出了控制流程图。电路具有结构简单,操作方便，精度高，应用广泛的特点。
脉冲测距原理
脉冲测距原理脉冲测距技术是一种常见的测距方法，它利用脉冲信号的发送和接收来实现目标距离的测量。
脉冲测距原理基于信号的往返时间和光速来计算目标物体与传感器的距离，具有精度高、测量范围广的优点，被广泛应用于激光测距、雷达测距、超声波测距等领域。
下面将详细介绍脉冲测距原理及其应用。
脉冲测距原理的基本概念是利用脉冲信号的发送和接收来测量目标物体与传感器之间的距离。
首先，传感器向目标物体发送一个脉冲信号，然后记录信号发送的时间戳。
当信号到达目标物体后，会被反射回来，传感器接收到反射信号时记录接收的时间戳。
通过计算信号的往返时间，再结合光速等常数，就可以准确计算出目标物体与传感器之间的距离。
脉冲测距原理的关键在于精确测量信号的往返时间。
为了提高测距的精度，常常采用高频率的脉冲信号和高速的信号处理技术。
另外，传感器的精密度和稳定性也对测距的精度有着重要影响。
在实际应用中，脉冲测距技术通常结合激光、雷达、超声波等传感器来实现不同范围的测距需求。
脉冲测距原理在激光测距中得到了广泛的应用。
激光测距利用激光束发送和接收来实现目标距离的测量，具有高精度、高速度、远距离测量等优点，被广泛应用于工业测量、地理测绘、环境监测等领域。
另外，雷达测距也是脉冲测距原理的重要应用之一，通过发送和接收雷达波来实现目标距离的测量，被广泛应用于航空、航海、军事等领域。
总之，脉冲测距原理是一种精度高、测量范围广的测距方法，通过精确测量信号的往返时间来实现目标距离的测量。
它在激光测距、雷达测距、超声波测距等领域得到了广泛的应用，为工业测量、地理测绘、环境监测等领域提供了重要的技术支持。
随着科技的不断发展，相信脉冲测距原理将会在更多领域得到应用，并不断完善和发展。
《脉冲式半导体激光测距系统的设计》范文
《脉冲式半导体激光测距系统的设计》篇一一、引言随着科技的进步，激光测距技术已成为现代测量领域的重要工具。
其中，脉冲式半导体激光测距系统以其高精度、快速响应和长距离测量的优势，在众多领域得到广泛应用。
本文将详细介绍脉冲式半导体激光测距系统的设计原理、关键技术和系统架构。
二、系统设计原理脉冲式半导体激光测距系统主要通过发射激光脉冲并接收反射回来的光信号来实现测距。
系统设计原理主要包括激光发射模块、信号接收模块、计时模块以及数据处理与输出模块。
1. 激光发射模块：负责产生高能量、窄脉冲的激光束，以实现远距离测量。
该模块采用脉冲式半导体激光器，具有体积小、功耗低、寿命长等优点。
2. 信号接收模块：负责接收反射回来的激光信号，并将其转换为电信号供后续处理。
该模块通常包括光电二极管、放大器等元件。
3. 计时模块：用于测量激光发射与接收之间的时间差，从而计算出目标距离。
该模块通常采用高精度计时器，如FPGA（现场可编程门阵列）或DSP（数字信号处理器）。
4. 数据处理与输出模块：对计时模块得到的数据进行处理，如去噪、滤波、计算等，最终以数字或模拟信号的形式输出测距结果。
三、关键技术1. 激光脉冲调制技术：为了实现远距离测量，需要产生高能量、窄脉冲的激光束。
调制技术能够有效地控制激光的脉冲宽度、能量和频率，从而提高测距精度和测量范围。
2. 信号处理与识别技术：由于环境噪声和干扰因素的影响，接收到的信号可能存在失真和噪声。
因此，需要采用信号处理与识别技术对接收到的信号进行去噪、滤波和识别，以提高测距的准确性和可靠性。
3. 高精度计时技术：计时模块是测距系统的核心部分，其精度直接影响到测距结果的准确性。
因此，需要采用高精度计时技术，如采用FPGA或DSP等硬件设备进行计时，以提高计时精度和稳定性。
4. 系统集成与优化：将各个模块进行集成和优化，以实现系统的整体性能提升。
这包括硬件电路设计、软件算法优化以及系统调试等方面的工作。
脉冲式激光测距系统设计.
脉冲式激光测距系统设计摘要本文通过对高精度脉冲式激光测距系统的研究，并在参照课题技术指标的基础上，旨在提供一种高精度脉冲式激光测距系统的解决方案，并对脉冲式激光测距仪系统设计中所涉及的脉冲读取与放大电路、时刻鉴别、时间间隔测量等关键技术进行了深入的研究和探讨。
本论文详细讨论了一种可实现高速激光测距的接收电路和计时电路。
实验系统采用APD作为光电传感器，将激光脉冲信号转变为微弱电流脉冲，经过两级放大后，信号变为幅度较大的电压脉冲，经过时点鉴别电路分别确定计时起点和终点后，由计时电路来精确测量两个时间点之间的时间间隔。
关键词:脉冲激光测距，时刻鉴别，TDC-GP2，传递延时，APDPulse laser rangefinder system designAbstract：A high-precision pulse laser rangefinder solution is proposed in this paper through the research of high-precision pulsed laser rangefinder system on the basis of referring to the subject technical indexes. Besides, some key technology involved in pulse laser range finder system design such as pulse reading, amplifying circuit, timing discrimination, time-interval measurement, etc, have been researched and discussed in depth.A type of receiver circuit and timing circuit which can be applied in high-speed laser range- finder is discussed in this paper. After two-level amplification we got a voltage pulse that had a enough amplitude to be applied，the timing point was discriminated by the constant-fraction timing discriminator circuit.Key words: Pulsed Laser Rangefinder,Timing Discrimination,TDC-GP2,Propagation delay,APD目录1 绪论 (1)1.1 课题研究的背景意义 (1)1.2 激光测距机的发展状况 (1)1.3 论文研究的目的、内容 (2)2 脉冲激光测距及测距方程 (3)2.1 脉冲激光测距基本原理 (3)2.2 脉冲激光测距性能方程 (3)2.2.1 脉冲激光测距的测距方程 (3)2.2.2脉冲激光测距的信噪比方程 (7)2.2.3 脉冲激光测距仪的测距性能指标 (10)2.3 激光脉冲飞行时间法的关键技术 (13)2.3.1 时间间隔的测量 (13)2.3.2 起止时刻时间鉴别技术 (13)2.3.3 回波信号探测技术 (14)2.4 激光测距系统结构 (16)2.5 本章总结 (17)3 脉冲激光测距系统激光发射、接收电路设计 (18)3.1 半导体激光器简介 (18)3.2 发射单元电路图 (18)3.3 光电检测传感器的选择 (19)3.4 PD接收单元电路设计 (21)3.5 APD接收单元电路设计 (22)3.5.1 APD反向偏压发生电路 (22)3.5.2 电压控制反馈电路 (25)3.5.3 APD反向偏压发生电路整体 (26)3.5.4 放大电路 (26)3.5.5 定比例时点判别法的原理 (27)4 脉冲激光测距计时电路 (29)4.1 时间数字转换法 (29)4.2 基于 TDC-GP2 高精度时间间隔测量模块设计 (29)4.2.1 TDC 工作原理及功能描述 (29)4.2.2 TDC-GP2 硬件电路设计 (30)4.2.3 TDC-GP2 系统硬件程序设计 (32)4.2.4 TDC-GP2 测量控制流程 (33)5 总结 (36)参考文献 (37)致谢 (40)1 绪论1.1 课题研究的背景意义在当今这个科技发达的社会，激光测距的应用越来越普遍。
脉冲测距高速数据处理解决方案
多周期脉冲激光测距高速数据处理解决方案 0、引言激光测距相对于其他测距，如微波测距，往往具有探测距离远、测距精度高、抗干扰能力强、保密性好、体积小、重量轻的特点。
使用脉冲能量高、峰值功率大的激光器，是获得较高系统测距能力的前提，同时，系统的其他模块也有相应配套要求，如数据处理部分同样要求速度快、精度高。
北京坤驰科技有限公司针对激光高速脉冲测距系统的特殊应用，研制出了一款可用于激光测速的高速数据处理解决方案。
1、系统简介：激光测距的原理：由激光器对被测目标发射一个光脉冲，然后接收系统接收目标反射回来的光脉冲，通过测量光脉冲往返的时间来算出目标的距离。
多周期激光测距原理：理论与实践表明，近距离（如50m ）测量时，单周期测量往往不能满足系统精度需求，误差太大。
而多周期测量方法可成倍提高系统精度，更能满足系统设计需求：常用的方法有如下两种： 一、非延时多周期脉冲激光测距通过对脉冲激光在测距仪和目标间往返多个周期累计时间求平均来提高测距精度的方法。
二、固定延时多周期脉冲激光测距当测量距离很小时，则由“发射→接收→再发射……”过程中所形成的振荡回路的频率很高。
解决方法为：在仪器接收到回波脉冲信号时，不马上触发2ct d下一个激光脉冲，而是增加一个固定的延时t0= m/fT（m为延时的时钟脉冲数）后，才触发下一个激光脉冲。
如下图：系统框图：系统组成：多周期激光测距系统按照各部分用途大致分为：激光发射、激光接收、信息处理和信息传输四大部分。
•激光发射部分的作用是产生峰值功率高，光束发散角小的脉冲激光。
•激光接收部分是接收从被测物体反射回来的微弱激光脉冲信号，经接收光学系统聚焦后，照在光电探测器的光敏面上，使光信号转变为电信号并经过放大。
•信息处理部分的主要作用是跟踪被测目标，计算被测目标轨迹、测量激光脉冲从测距系统到被测目标往返一次的时间间隔t，并准确显示和记录在计算机硬盘上，再由人工或自动方式形成标准格式。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ａ ｎｅｗ ｌａｓｅｒ ｒａｎｇｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｈｉｇｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｓｅｌｆ－ ｔｒｉｇｇｅｒｉｎｇ Ｐｕｌｓｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｒｒｏｒ ｍｏｄｅｌ． Ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ Ｓｅｌｆ － ｔｒｉｇｇｅｒｉｎｇ Ｐｕｌｓｅｄ， Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｆｒａｃｔｉｏｎ Ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｏｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｅｒｒｏｒ ｍｏｄｅｌ， ｗｈｉｃｈ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｌａｓｅｒ ｒａｎｇｅ ｆｉｎｄｉｎｇ， ｗｅｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ． Ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｄ， ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔ ｗａｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ， ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅｏｒｉｅｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｌａｓｅｒ ｒａｎｇｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： Ｌａｓｅｒ ａｒｒａｎｇｅ ｆｉｎｄｉｎｇ； Ｓｅｌｆ－ ｔｒｉｇｇｅｒｉｎｇ ｐｕｌｓｅｄ； Ｔｉｍｅ ｏｆ ｆｌｉｇｈｔ； Ｃｏｎｓｔａｎｔ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｏｒ； Ｈｉｇｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ
的，将外光路产生的测距信号与内光路产生的参考
信号相减，可以消除附加相移，从而提高测距精度。
激光脉冲自触发技术的采用，使得测量的周期
值是一段时间内的平均值，实际上测量结果是一段
时间内的测量方差，这样就消除了瞬时抖动等的影 响，抖动等随机误差得到平均消除。只有缓变的因 素才会得到体现，如 ＡＰＤ／ＰＩＮ 管接收到的光功率的 变化等。对于后者，通过环路的自动增益控制单元 对回波信号进行的处理，使得进入比较器的脉冲回 波信号的幅度稳定在预设值，这样可以进一步减小 脉冲上升沿、触发阈值电平的大小以及信号传输过 程中的畸变等带来的测距误差。
为比较器的翻转时刻，也就是我们所要确
定的脉冲到达计时点。由于在我们的测距
２６
中国测试技术
２００７ 年 ５ 月
系统中的光脉冲信号上升时间约为 ２ｎｓ，且接近线
性，所以，在 Ｖｉｎ 信号上升阶段的函数可设为 Ｖｉｎ＝
α·ｔ，α为一斜率常数。由（３）式以及 Ｖ１＝Ｖ２ 可求得临
界值 ｔ２：
ｔ２
＝
ｔ１ １－ α
法加以消除。这个附加相移在系统中的表现最为突
出的是激光器的电光反应时间及延时单元电路产
生的误差可达十个纳秒以上，导致系统很难实现精
密距离测量。为消除这种附加相移，广泛采用的办
法是利用内、外光路同时测量来消除电子线路的附
加相移。这是因为内、外光路产生的电信号经过的
是相同的电子线路，产生的附加相移大致是相当
误差和时间抖动是我们的主要目标之一，目前时刻
鉴别的方法主要有三种：前沿鉴别 （Ｌｅａｄｉｎｇ Ｅｄｇｅ
Ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｏｒ／ＬＥＤ），高通容阻鉴别 （ＣＲ－ Ｈｉｇｈ ｐａｓｓ
Ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｏｒ） 和 恒 比 值 鉴 别 （Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｆｒａｃｔｉｏｎ
Ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｏｒ／ＣＦＤ）。
第 ３３ 卷第 ３ 期 ２００７ 年 ５ 月
中国测试技术 ＣＨＩＮＡ ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖｏｌ．３３ Ｎｏ．３ Ｍａｙ．２００７
脉冲自触发高精度测距技术的设计与实现
王 源，秦开宇
（电子科技大学，四川 成都 ６１００５４）
摘 要：介绍了把脉冲自触发技术与双光路误差模型应用于激光测距系统，从而完成精密距离测量的一种测量技术。
前沿时刻鉴别法通过固定阀值的方式来确定
起止时刻，即以脉冲前沿当中强度等于所设阀值点
的到达时刻作为起止时刻，当脉冲信号波形在传输
过程中发生畸变，比如幅值被压缩时将直接影响判
别输出，单次检测误差为纳秒量级以上，很难应用
于高精度检测。高通容阻时刻鉴别法是把接收通道
输出的回波信号脉冲通过一高通容阻滤波电路，使
离方程：
Ｌ＝ １ ｃ（ＴＮ － τ） ２Ｎ
（３）
其中 τ是综合了固有延时线 τ１、系统响应时间 τ２ 以 及系统总相移 τ３ 的系统固有误差补偿值，这个值可 以通过确定精确的系统处理模型来确定。
系统的实现框图如图 ２ 所示，它包括物理光
路、微弱信号检测与处理及系统控制与数据处理三
大部分。物理光路单元主要完成激光光束的准直以
（５）
由（５）式可以发现，利用恒比值鉴别法所求得的临
界值时间点 ｔ２ 与回波信号的幅值 Ａ 无关，所以，当
信号检测回路接收到的脉冲信号幅值发生变化时，
比较器转态时刻并不改变，仍然为 ｔ１ ，从而保证 １－ α
了回波信号到达时刻检测的准确性。由此，可以看
出恒比值鉴别法不仅很大程序上解决了信号波形
畸变引入的鉴别误差，而且它对信号脉冲宽度没有
一致，信号延时的确定性较好，系统修正效果更为
显著。
（下转第 ６０ 页）
６０
中国测试技术
２００７ 年 ５ 月
数如波长、高频功率、载气流量和观测位置，光谱的干 法测试精密度相对较高，检出限较低；
扰、基体效应以及样品的前处理等。ＩＣＰ 操作参数的
（２）两种测试方法对人员的要求都较高，测试过
选择主要应考虑能产生较小的非光谱干扰和具有较 程中影响因素的选择对测试结果影响较大，要仔细
短距离高精度测量方法，该方法比传统脉冲重复频 率测量方法具有更高的测量精度和更快的测量速 度，并且有效摆脱了时间间隔测量能力对测距精度 的根本限制。
２ 系统实现原理
激光脉冲自触发测距系统的光测距脉冲信号 是通过回波检测电路检测到回波信号后触发产生 的，系统实现光路图如图 １ 所示。
激光脉冲发射单元向被测目标发射一个上升 下降沿时间约 ２ｎｓ，持续时间为 ５０ｎｓ 的激光脉冲 波，经过 Δ（ｔ 激光从脉冲形成单元射出到目标，再返
此外，这时的数据还是会有一些漂动，我们再结 合环境温度、信号幅值以及 ＡＰＤ 管偏压值建立系统 的误差补偿，进一步修正因为环境条件以及激光管 老化等原因引起的数据漂移，提高测量精度。
３ 系统测量数据结果与分析
图 ４ 为常温及高温（５０℃）、１ 个标准大气压、空 气质量良好的条件下，实测光程为 １ｍ 时的单光程 飞行时间测量值，平均 ５ｓ 采集一组数据，共采 ６０ 组。
及回光信号的接收；微弱信号检测与处理模块负责
把光电传感器接收到的信号进行识别与放大处理，
精确确定回光脉冲波的上升沿到达时刻，并数字化
处理，为后端处理模块作好准备；系统控制与数据
处理单元完成的工作包括回波信号的自动增益控
制、信号环路触发控制以及光路误差修正与系统误
差补偿，并完成距离的显示。
在激光测距系统的设计中，测量精度很大程度
第 ３３ 卷第 ３ 期
王 源等：脉冲自触发高精度测距技术的设计与实现
２５
回到接收单元的光飞行时间）后，被光信号检测接
收单元的 ＡＰＤ 接收，系统对该信号进行放大、整形
及识别等一系列处理后，进入电路固定延时单元延
时时间 τ１，然后系统在经过响应时间 τ２ 后发出电触 发信号触发下一次激光脉冲发生，驱动激光器，使
要求，更有利于电路的实现。
影响测距系统测距能力的另一主要因素就是
信号处理过程中的附加相移的引入。由于脉冲信号
经过每个处理单元会产生附加相位移，这种相位移
的大小与测量系统所处的环境条件（如温度、湿度、
环境光强以及大气压条件等）以及系统内部的元器
件质量和稳定性有关，并不是固定值，而是随时间
变化的随机量，无法通过建立系统误差模型补偿办
１ 精密测距背景
激光测距因其主动性、准直性以及相干性等特 点广泛应用于激光雷达、激光制导、激光近距探测 等军事及民用领域。激光测距的基本原理是通过对 光脉冲往返于测距仪和被测目标之间的传播时间 的检测来实现距离的测量的。传统激光测距处理方 法（如脉冲计数法等）的测量精度不高，一般为分米 级量级，在这样的情况下，可以引入数字／模拟内插 技术，将待测量时间进行放大处理，这种处理方式 可以很大程度上的提高测量精度，而且单次测量时 间也很长，如果想进一步提高测量精度，就只有进 行多周期的统计平均测量，但这种简单的数据处理 方式也只可以达到厘米级，而且把整个测量时间大 大拉长，不适合动态测量。
待测信号的极值点转变为零点，然后通过过零比较
电路来判别出激光脉冲信号的起止时刻点，这种检
测方法的误差主要受信号脉冲在极值附近斜率的
影响，脉冲的宽窄也会直接影响检测的精确度，因
此，这种方法适用于检测持续时间很短的尖锋脉
冲。据报道采用此方法时，漂移误差能控制在 ０．５ｍｍ
内。图 ３ 是恒定比值鉴别法的原理图解：
之再次发射激光。上述过程构成了激光脉冲自触发
测距系统测距的一个完整周期，设系统的器件引入
的总相移为 τ３，则有测量周期： Ｔ＝Δｔ＋τ１＋τ２＋τ３
被测距离 Ｌ 可以表示为：
（１）
Ｌ＝
１ ２
ｃΔｔ
（２）
其中 ｃ 为光在真空中的传播速度，取 ｃ＝２．９９７９２４５８
ｍ／ｓ。
设系统在一次测量总时间 ＴＮ 内恰好完成了 Ｎ 次自触发，由式（１）和（２），可以得到系统测量的距
持于原始信号达到一固定高度比例时发
生。在图 ３ 中以一三角波作为输入信号来
说明其原理。令 Ｖｉｎ＝ｇ（ｔ），则 Ｖ２＝ｆｇ（ｔ），Ｖ１＝ ｇ（ｔ－ ｔ１），其中 ｆ 为衰减率，ｔ１ 为 ＲＣ 延时单 元所延迟的固定时间，这样：
Ｖ１－ Ｖ２＝ｇ（ｔ－ ｔ１）－ ｆ·ｇ（ｔ）
（４）
当比较器处于临界状态时，即 Ｖ１＝Ｖ２ 时，即
为克服传统脉冲激光测距中存在的提高测距 精度和缩短测量时间两者之间的矛盾，本文提出了 将脉冲自触发技术、恒比值时点判别技术以及光路 系统误差修正补偿技术相结合起来实现的一种中