自触发脉冲激光测距飞行时间测量研究

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脉冲自触发高精度测距技术的设计与实现

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄａｎｅｗｌａｓｅｒｒａｎｇｅｔｅｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｗｈｉｃｈｈａｓｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＳｅｌｆ－ｔｒｉｇｇｅｒｉｎｇＰｕｌｓｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｔｈｅｅｒｒｏｒｍｏｄｅｌ．ＴｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｏｆＳｅｌｆ－ｔｒｉｇｇｅｒｉｎｇＰｕｌｓｅｄ，ＣｏｎｓｔａｎｔＦｒａｃｔｉｏｎＤｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｏｒａｎｄｔｈｅｓｙｓｔｅｍｅｒｒｏｒｍｏｄｅｌ，ｗｈｉｃｈｗｅｒｅｕｓｅｄｆｏｒｔｈｅｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｌａｓｅｒｒａｎｇｅｆｉｎｄｉｎｇ，ｗｅｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｉｎｔｈｅｅｎｄ，ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｗｈｉｃｈｗａｓｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｏｒｉｅｓｕｓｅｄｉｎｔｈｅｌａｓｅｒｒａｎｇｅｔｅｓｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｌａｓｅｒａｒｒａｎｇｅｆｉｎｄｉｎｇ；Ｓｅｌｆ－ｔｒｉｇｇｅｒｉｎｇｐｕｌｓｅｄ；Ｔｉｍｅｏｆｆｌｉｇｈｔ；Ｃｏｎｓｔａｎｔｆｒａｃｔｉｏｎｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｏｒ；Ｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎ
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。

脉冲激光测距时间间隔测量及误差分析

第32卷第2期红外与激光工程 2003年4月V ol.32N o.2 In frared and Laser Engineering Apr.2003脉冲激光测距时间间隔测量及误差分析杨成伟,陈千颂,林　彦,霍玉晶(清华大学电子工程系,北京　100084) 摘要:在脉冲激光测距时间间隔测量系统中,传统的数字时钟计数法受限于计数时钟的频率,测量精度不高。

由于模拟插入法具有测量范围大、线性好、测量精度高的优点,广泛应用于脉冲激光测距时间间隔测量系统中。

介绍了模拟插入法时间间隔测量的原理,设计了其测量系统及相应的测试电路。

利用该系统进行了实验研究,达到了100ps的时间间隔测量精度,对应于1.5cm的测距精度。

最后,进行了测量误差分析。

关　键　词: 脉冲激光测距;　时间间隔测量;　模拟插入法;　精度中图分类号:T N249 文献标识码:A 文章编号:100722276(2003)022*******Measurement on time2interval inpulsed laser ranging and error analysisY ANG Cheng2wei,CHE N Qian2s ong,LI N Y an,H UO Y u2jing(Department of E lectronic Engineering,Tsinghua University,Beijing100084,China)Abstract:The traditional digital counting method for time2interval measurement in pulsed laser ranging can’t achieve high precision,for it’s restricted by the frequency of counting clock.Analog interpolation time2 interval measurement has advantages of long measurement range,g ood linearity and high precision,s o it is widely applied for time2interval measurement in pulsed laser ranging.The principle of time2interval measure2 ment by analog interpolation in pulsed laser ranging is introduced.The corresponding time2interval measure2 ment system is designed and studied in experiments.The precision of time2interval measurement reaches up to 100ps,which corresponds to distance measurement precision at1.5cm.In the end,the error of analog inter2 polation time2interval measurement is analyzed theoretically.K ey w ords: Pulsed laser ranging;　T ime interval measurement;　Analog interpolation method;　Precision 收稿日期:2002207225;　修订日期:2002210215作者简介:杨成伟(19772),男,山东莱阳人,博士生,主要从事全固态激光器及激光测距方面的研究工作。

便携式脉冲激光测距系统研究

长春理工大学毕业论文摘要本文针对脉冲式激光测距技术展开研究，重点研究短时间间隔的高精度测量这一关键技术。

本文在对普通脉冲激光测距机的时间间隔测量方法分析后，提出了基于高精度时间间隔测量芯片TDC-GP2的便携式脉冲半导体激光测距仪系统方案。

我们研究了TDC-GP2时间测量原理，设计了基于TDC-GP2的时间间隔测量单元，脉冲半导体激光器的驱动电源、光电探测器的驱动电路。

针对有限距离的计数分辨率引起的误差，本文结合传统提高时间分辨率的方法，并对这一技术进行研究、发展和创新，使得测距系统的时间测量精度得到了很好的保证及提高，降低了硬件成本，简化了控制电路。

关键词：激光测距时间间隔测量 TDC-GP2 测距精度AbstractIn this paper, we have studied the pulsed laser ranging technology, and the priority is the critical technology of the high-precision measurement in short intervals. In this paper, we have proposed the solutions of the portable diode laser rangefinder system based on the high-precision time interval measurement chip TDC-GP2, through a deep research of the principle of the pulsed laser rangefinder.We have studied the time measuring principle of the TDC-GP2, designed the time interval measurement unit that based on the TDC -GP2, designed the driven power of the pulse- semiconductor lasers and the driven circuit of the photoelectric detector. To solve the error caused by the count resolution in a limited distance, we have combined traditional methods to improve the time resolution, and with the research, development and innovation of the technology, we have ensured and developed the time measurement accuracy of the ranging system, reduced the cost of the hardware and simplified the control circuit.Key Words:Laser ranging; Time intervals;TDC-GP2; Ranging precision measurement长春理工大学毕业论文目录第一章引言 (1)1.1 激光测距技术 (1)1.2 激光测距的发展状况 (1)1.3 课题研究的目的及意义 (2)1.4 论文的主要工作 (3)第二章脉冲激光测距原理 (4)2.1 脉冲法测距 (4)2.2 相位法测距 (6)2.3 脉冲法测距与相位法测距比较 (7)2.4 脉冲激光测距机结构和原理 (7)第三章激光飞行时间测量技术 (9)3.1起止时刻鉴别技术 (9)3.2高精度时间间隔测量技术 (10)第四章便携式激光测距仪设计 (13)4.1 激光测距仪总体设计 (13)4.2 APD接收的光能量估算 (14)4.3 激光器的选择与驱动 (15)4.4 光电转换器件的选择与驱动 (18)4.5 高精度时间测量芯片TDC-GP2的应用 (20)总结 (25)参考文献 (26)致谢 (27)第一章引言1.1 激光测距技术激光测距是指根据激光往返待测距离的时间来测定距离的方法，激光测距技术是随着激光技术的出现而发展起来的一种精密测量技术，因其良好的测距性能而广泛应用在军事和民用领域。

基于TDC的激光测距传感器飞行时间测量研究

２１ＴＣＧＰ．Ｄ — ２芯片时间间隔测量原理ＴＣＧ２是ＡＡ公司通用ＴＣ系列的新一代产Ｄ —ＰＣＭＤ品Ｊ它是综合脉冲计数法和延迟线插入法来进行时间间，隔测量的，同时具有测量范围大和测时精度高等优点。
一
图４为利用ＴＣＧ２设计的高精度时『间隔测量模Ｄ —Ｐ日Ｊ
７２
传感器与微系统
第３０卷
波长为９５ｍ，０峰值功率２ｎ５ｗ。接收系统聚焦透镜前加上干涉滤光片，以减少背景光和杂闪光的影响，降低ＡＤ探Ｐ测器输出信号中的背景噪声。
发射激
在ＴＣＧ２芯片内部，Ｄ—Ｐ一方面通过锁相环提高计数频
图３ＴＣ— ２芯片测量单元ＤＧＰ
Ｌ＝ｃ２，ｔ／
（）１
该芯片内部有控制寄存器、结果寄存器和状态寄存器，
式中
，为目标距离，为光速。根据式（）｜Ｃ１可得脉冲测距
通过对控制寄存器的配置，使芯片工作在不的测量范可
（ｎｕｎｔｕｅｏｔｓａｄＦｎｃａｉｓＣｉｅｅＡｃｄｍｙｏｃｎｅ，ｆｉ３０１ＣｉａＡｈｉｓｔｔｆＩｉＯｐｉｎｉｅＭｅｈｎｃ，ｈｎｓａｅｆｉｃｓＨｅｅ２０３，ｈｎ）ｃＳｅ
ＡｂｔａｔＬｓｒｒｎｉｇｓｎｏａｕｅｔｅｄｓａｃｅｗｅｅｓｒａｄｔｒｅｙｃｌｕａｉｇｔｅｆｇｔｔｆｓｒｃ：ａｅａｇｎｅｓｒｍｅｓｒｈｉｔｎｅｂｔｅｎｓｎｏｎａｇｔｂａｃｌｔｈｉｈｉｏｎｌｍｅｌｓｒｐｌｅＳｈｒｃｓｏｆｌｓｒｔｎｅｖｌｉａｂｓｃｂａｏｏｍｅｓｒｈａａｉｔｆｔｅｓｎｏ．ａｅｕｓ．ｏｔｅｐｅｉｉｎｏａｅｉｍｅｉｔｒａｓａｉｅｃｎｔａｕｅｔｅｃｐｂｌｙｏｈｅｓｒＡｉｓｅｉｌｔ — ｉｉｌｏｖｒｅｈｐｉｓｄｔｅｅｏｉｈｒｓｌｔｎｔｎｅｖｌｍｅｓｒｍｅｔｍｏｕｅＴｅｐｃａｉｄｇｔ — ｎｅｔｒｃｉｓｕｅｏｄｖｌｐａｈｇｅｏｕｉｉｉｔｒａａｕｅｎｄｌ．ｈｍｅａｃｏｍｅｐｉｃｐｅｏｅｌｓｒａｇｎｆＴ — ２ｉｉｔｄｃｄ，ｎｅｓｆｗｒｎａｄａｅｒａｉｔｎａｅｐｅｅｔｄａｒｉｌｆｔａｅｎｉｇｏＤＣＧＰｓｎｒｕｅａｄｔｏａｅａｄｈｒｗｒｅｌａｉｒｒｓｎｅｓｎｈｒｏｈｔｚｏｗｅ１Ｔｅｔｓｒｓｌｈｗｔａｈｄｌａｉｈｍｅｓｒｍｅｔｆｑｅｃ．ｈｉａｕｅｎｒｃｓｎｏｌｈｅｔｅｕｔｓｏｈｔｔｅｍｏｕｅｈｓｈｇａｕｅｎｒｕｎｅＴｅｔ．ｓｅｍｅｍｅｓｒｍｅｔｐｅｉｉｆｏｓｇｅｐｌｅｉｌｓｈｎ１０ｐｉｏｄｌｅｒｙｗｉｈｃｎｓｔｆｈｅｕｒｍｅｔｆｓｅｄｍｅｓｒｍｅｔａｄｉｌｕｓｓｅｓｔａ０ｓｗｔｇｏｉａｉ，ｈｃａａｉｙｔｅｒｑｉｎｈｎｔｓｅｎｓｏｐｅａｕｅｎｎｐｅｉｉｎｉｉｅｅｔａｐｉａｉｎ．ｒｃｓｏｎｄｆｒｎｐｌｔｓｆｃｏＫｅｒｓｐｌｄｌｓｒｒｎｉｇ；ｔｎｅａａｕｅｎ；ｔ — ｉｉｌｃｎｅｅｙｗｏｄ：ｕｓａｅａｇｎｅｉｉｔｒｌｍｅｓｒｍｅｔｉｄｇｔ — ｏｖｒｒｍｅｖｍｅａｔ

脉冲激光测距接收电路与计时方法研究

脉冲激光测距接收电路与计时方法研究
脉冲激光测距技术是一种高精度的测距技术，广泛应用于航空、地理测量、激光雷达等领域。

脉冲激光测距技术的原理是通过发射激光脉冲，测量激光脉冲从发射器到目标物再返回接收器的时间，从而计算目标物与发射器的距离。

实际应用中，接收电路的设计和计时方法的选取对测距精度影响巨大。

本文首先分析了脉冲激光测距的原理，并介绍了现有的接收电路设计和计时方法。

然后，本文提出了一种基于时间差计数法的测距方法。

该方法利用两路计数器分别记录激光脉冲从发射器到目标物和从目标物返回接收器的时间，通过两路计数器的计数值差值计算目标物与发射器的距离，具有高精度和实时性的优点。

同时，本文还设计了一种基于微控制器和时钟模块的接收电路，与时间差计数法相结合可以实现实时高精度的测距。

实验结果表明，本文提出的测距方法和接收电路设计都具有较高的精度和实用性，可以应用于脉冲激光测距技术的实际应用。

总之，本文的研究对于脉冲激光测距技术的进一步发展具有重要的意义。

在未来的研究中，可以考虑进一步优化计时方法和接收电路设计，使脉冲激光测距技术更加普及并且应用范围更加广泛。

脉冲激光测距时刻鉴别方法的研究

脉冲激光测距时刻鉴别方法的研究
纪荣祎;赵长明;任学成
【期刊名称】《红外》
【年(卷),期】2010(31)11
【摘要】介绍了一种用于脉冲激光测距技术的双阈值前沿时刻鉴别方法.分析了由接收信号幅度变化引起的计时误差.采用双阈值前沿时刻鉴别方法产生了飞行时间测量的停止信号和与幅度相关的时间点信号.使用高精度时间测量芯片测量了脉冲信号飞行时间和信号幅度相关的时间间隔,并对由时刻鉴别器产生的漂移误差进行了修正,获得了误差为士3cm的测距结果.与其它时刻鉴别方法相比,该方法无需增益控制,其电路结构简单,动态范围宽,而且在脉冲幅度饱和后仍能对漂移误差进行修正.
【总页数】4页(P34-37)
【作者】纪荣祎;赵长明;任学成
【作者单位】北京理工大学光电学院,北京,100081;北京理工大学光电学院,北京,100081;北京理工大学光电学院,北京,100081
【正文语种】中文
【中图分类】TP249
【相关文献】
1.战术用脉冲激光测距仪测距方程和测距性能研究及其应用 [J], 谭宇
2.脉冲激光测距机的测距误差分析 [J], 戴炳明;张雏;李东石
3.脉冲激光测距接收电路与计时方法研究 [J], 陈明锐
4.低成本脉冲激光测距系统研究 [J], 马鸿斌;尚建华;潘世光;罗远;贺岩
5.脉冲激光测距技术研究 [J], 冯波
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脉冲飞行时间测量

摘要脉冲飞行时间测量法是脉冲激光测距的关键技术，它广泛运用于激光测距。

脉冲激光测距是通过测量激光脉冲发射信号（主波）和接收信号（回波）之间的时间间隔，就可以得知空间物体的距离。

主波和回波被光电探测器接收，再放大整形后，通过门电路，开启和关闭计数器，计数器对基准脉冲计数，计得的脉冲数目就代表所要测的飞行时间。

脉冲飞行时间的测量关键在于对回波信号的正确处理，其时间测量技术主要在于：采用时刻鉴别法判定计时点，时间间隔测量法测量主波和回波的时间间隔，模数转换技术提高测量精度、减小计时误差。

本文设计的时间测量电路由光电探测电路、放大电路、阈值电路、门电路、LED显示电路、单片机主控制电路构成。

各模块电路采用集成芯片，LED动态扫描显示，测时精度为1us。

关键词:单片机；脉冲激光测距；脉冲飞行时间；计数器；LED动态扫描ABSTRACTPulse flight time measurement method was the key technique that the pulse laser measured the distance, which was made use of in laser to measure to be apart from extensively. The pulse laser measuring the distance that passed to measure time interval between transmiting (main wave) and then receiving (reflection) , so the distance of the space object could be known. Both of main wave and reflecting wave were received by the photoelectric detector, then passed an electric circuit after enlarging again orthopedics to open and close to a count-machine , and a count-machine to count to the basis pulse, which was accounted of the pulse number which was the flight time. The key of the flight time measurement was the right processing of the reflecting wave, and its time measurement technique mainly lay in:Adopting time distinguishing judged to time point, time interval measurement measure between main wave and reflecting wave's interval, analog signals and digital signals conversion technique improved measuring accuracy and reduced the error of the measuring time. Time measurement circuit include the the photoelectric detecting circuit,enlarging circuit, the doorsill circuit,Logic circuit,LED circuit,Microcontroller active control circuit.Each mold circuit adopted integration chip, and the LED dynamic scan and manifestation, while measuring accuracy is 1us.Keyword:Microcontroller;The pulse laser measuring distance;the pulse flight time; the count-machine; the LED dynamic scan目录摘要 (I)ABSTRACT.................................................................................................................................... I I 第一章绪论 (1)第二章脉冲激光飞行时间测量的技术研究 (3)2.1 时间间隔测量方法 (3)2.2 时刻鉴别方法 (4)2.3 模数转换技术在时间测量中的应用 (6)第三章测量电路设计方案 (7)第四章飞行时间测量电路硬件设计 (10)4.1 光电探测器电路 (10)4.2 放大电路 (12)4.3 阈值电路 (13)4.4 门电路 (14)4.5 LED显示电路 (15)4.6 单片机主控制电路 (18)第五章飞行时间测量电路软件设计 (21)5.1 主程序流程设计 (21)5.2 计数模块 (23)5.3 中断服务程序 (24)5.4 动态显示 (25)参考文献 (27)致谢..................................................................................................... 错误!未定义书签。

脉冲激光测距技术研究

• 63•本文基于对脉冲激光测距技术的了解，阐述了激光测距原理方法，对脉冲激光测距的关键指标进行了分析。

同时搭建了脉冲激光测距验证样机，通过光纤延时法模拟激光测距，并通过国军标消光比法验证了激光测距机的最大测程。

1 激光测距原理方法激光测距的原理是激光发射模块发射激光射向远处目标，通过对目标反射回来的激光信号进行相关解算，最终得出目标物的距离。

根据不同的时间测量方式，激光测距可分为以下两种方法：第一，脉冲激光飞行时间测距法，具体是通过计算激光发射与回波脉冲接收时刻的时间差来计算距离值；第二，调制波相位测距法，主要是通过对连续波激光信号相位调制，在此基础上，对调制波往返目标与测距机产生的相位差进行解调计算出距离值。

2 脉冲激光测距关键指标分析脉冲激光测距的关键指标有最大作用距离、测距精度、准测率和虚警概率等，下面分别对其进行分析。

2.1 最大作用距离激光雷达方程是表示发射的激光功率与接收到的激光功率之间关系的方程，其表达式为：P r 为接收光功率（W ）；P t 为激光发射功率（W ）；A 为朗伯面的面积（m 2）；ρ目标反射系数；D 为接收器口径（m ）；R 为测距机到目标的距离；t a 为大气透过率；η1为发射器光学系统效率；θt 为光束发散度（rad ）；η2为接收器光学系统效率。

由此计算出激光测距最大作用距离为：如上方程所示，要想提高最大作用距离，可以使用提高探测器响应度，提高发射功率，提高发射、接收效率，增大接收天线面积，增大目标反射截面，减少束散角等方法，大气透射率是系统不可决定的因素，在此不作讨论。

其中，提高激光发射功率受限于系统体积、重量、功耗和散热条件；提高发射接收效率的提升空间有限；增大接收天线面积同样受体积、重量限制；增大目标反射截面受目标类型限制；减少束散角受系统跟、瞄精度限制。

最简单易行的措施采用高灵敏度的探测器来提高接收功率，从而提高作用距离。

2.2 测距精度激光测距的误差主要来自时间测量的误差，这种误差通常分为两种：第一，静态误差，包含延迟误差、脉宽误差等。

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。

脉冲激光测距时间间隔测量技术

第22卷第8期强激光与粒子束Vo l .22,No .8 2010年8月H IG H POWER LASE R AND PARTIC LE BEAMS Aug .,2010　文章编号:　1001-4322(2010)08-1751-04脉冲激光测距时间间隔测量技术＊王洪喆,　辛德胜,　张剑家,　张宏臣,　裴　雷(长春理工大学高功率半导体激光器国家重点实验室,长春130022) 摘　要:　在脉冲激光测距系统中,为提高时间间隔测量的精度,采用插值法进行时间间隔测量。

在分析传统的数字计数法测量原理与误差的基础上,重点研究了插值法。

其测量对象针对传统数字计数法中待测脉冲上升沿与下一个量化时钟脉冲上升沿之间的时间间隔。

测量采用电容充放电技术,把时间间隔加入到一个时间扩展模块(通常为一只高精度的电容),实现时间上的放大,再对放大后的时间进行测量,可提高时间测量的精度。

利用该方法得到的时间间隔测量精度可达到100ps ,对应于1.5cm 的测距精度。

关键词:　激光测距;　时间间隔;　插值法;　测量精度中图分类号:　T P3 文献标志码:　A doi :10.3788/HP LP B20102208.1751 在脉冲激光测距系统中,测距精度主要取决于激光发射/接收这段时间间隔测量的准确度,因此高精度时间间隔测量在脉冲激光测距系统中有重要意义。

时间间隔的测量有多种方法,传统的数字时钟计数法受限于计数时钟的频率,测量精度不高。

模拟法受环境温度、空气潮湿等环境因素影响大,精度也不高。

而数字法和模拟法相结合的插值法具有测量范围大、线性好等优点,可以提高测量的精度。

本文通过分析传统的数字计数法与模拟法的测量原理与误差,重点研究了插值法的测量原理,提出插值法测量时间间隔的电路,并分析其测量精度与误差。

1　脉冲激光测距时间间隔测量原理1.1　数字法在测量精度要求不高的前提下,数字计数法是一种非常好的时间间隔测量方法[1-3]。

脉冲激光测距接收电路与计时方法研究

脉冲激光测距接收电路与计时方法研究脉冲激光测距是一种常用的距离测量方法，它利用激光光束在发射和接收之间来回传播的时间来计算被测物体的距离。

在脉冲激光测距系统中，接收电路和计时方法是至关重要的组成部分，它对系统的性能和测量精度起着至关重要的作用。

本文将针对脉冲激光测距接收电路与计时方法进行研究，探讨其设计原理和优化方法。

一、脉冲激光测距原理脉冲激光测距系统一般由激光发射装置、接收装置和信号处理器组成。

发射装置发射一束短脉冲激光束，激光束照射到被测物体上后，被测物体会反射一部分激光回接收装置。

接收装置接收反射回来的激光信号，并通过信号处理器对接收到的信号进行处理，从而得到被测物体与测距系统之间的距离。

二、脉冲激光测距接收电路设计1. 光电探测器光电探测器是脉冲激光测距系统中的关键部件之一，它能够将接收到的光信号转换为电信号。

常用的光电探测器包括光电二极管（PD）和光电倍增管（PMT）。

光电二极管结构简单，响应速度快，适合用于高速测距系统；光电倍增管具有较高的增益和灵敏度，适用于低光功率条件下的测距系统。

在设计脉冲激光测距系统的接收电路时，需要根据具体的测距要求选择合适的光电探测器，并考虑其灵敏度、频响特性和抗干扰能力等因素。

2. 前置放大器光电探测器输出的电信号较小，需要经过前置放大器进行放大处理，以提高信噪比和灵敏度。

前置放大器的设计需要考虑其输入阻抗、增益和带宽等参数，以确保能够有效地放大光电探测器输出的信号，并保持其波形和幅度的稳定性。

3. 带通滤波器脉冲激光测距系统中的接收信号通常受到环境光、背景光和其他干扰的影响，因此需要通过带通滤波器对接收信号进行滤波处理，去除不必要的干扰成分。

带通滤波器的设计需要根据激光的脉冲频率和接收信号的频谱特性进行选择，以保证滤波效果和系统的抗干扰能力。

4. 信号整形接收到的激光信号可能存在不稳定的脉冲波形和噪声，在信号整形电路中需要进行信号整形和去噪处理，以确保接收到的信号能够被后续的计时电路准确地识别和处理。

脉冲激光测距系统及其算法研究

脉冲激光测距系统及其算法研究尚君莹;田学民;陈洁萌【摘要】As laser measure technology has been widely applied, therefore, to imporve the precision of laser ranging has become a hot research content.At frist, the paper introduced of the laser rangefinder principle, In order to detect the echo accurately, the thesis uses the threshold method to wipe off the noise. For the sake of improve the precision of the plused laser ranging (PLR), the paper discuss some algorithms to reduce the errors of time interval measurement, combined with the system's requiewments, both pulse counting method and time digital converter (TDC) algorithm used in FPGA. The experimental results show that the algorithm improve the precision.%随着激光测量技术得到广泛应用，因此提高激光测距精度成为了一个热门的研究内容。

本文首先主要介绍脉冲式激光测距的原理[1]，为了精确检测回波信号，本文采用了门限法去除回波噪声[2]。

基于能够有效地提高测量精度的目的，本文讨论了几种减少时间间隔测量误差的算法，结合系统的要求，提出一种在现场可编程门阵列（FPGA）中实现脉冲计数法与时间数字转换法相结合的方法来提高时间间隔测量精度[3－5]。

自触发脉冲激光测距飞行时间测量研究

自触发脉冲激光测距飞行时间测量研究摘要：提出一种新型脉冲激光测距方法自触发脉冲飞行时间激光测距方法。

运用该方法有效解决了传统脉冲激光测距法中存在的提高测量精度和缩短测量时间两者之间的矛盾。

对该方法及本质特点进行了详细描述和理论分析，并给出用于描述该方法的基本方程。

其飞行时间测量系统的设计很大程度上决定了自触发脉冲激光测距的测量精度和测量速度。

设计并实现了基于CPLD的自触发脉冲激光测距飞行时间测量系统。

CPLD的使用提高了测量精度，并且结构简单，体积小，可靠性高，非常适合高性能便携式的激光测距仪。

关键词：脉冲激光测距；自触发；CPLD；飞行时间测量；精度相对于相位式激光测距等连续波测距方法，脉冲激光测距结构简单，测程远，测量速度快，因而得到广泛的应用。

但是脉冲激光测距的缺点在于单脉冲测量精度不高，目前，单脉冲激光测距精度在实际应用中只能达到厘米量级，难以达到毫米量级。

要达到更高的测量精度，只能通过对多次单脉冲激光测距结果求平均值的方法来获取，但是这样就会增加测量所需要的时间，降低了测量速度，不仅不便于使用，也限制了其应用的范围。

为了更好的解决脉冲激光测距测量精度与测量速度之间的矛盾，提出一种新型的脉冲激光测距方法，自触发脉冲激光测距法。

自触发脉冲测距方法，可以有效克服激光测距中存在的提高测距精度和缩短测量时间两者的矛盾。

该方法比起传统脉冲重复频率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。

自触发脉冲飞行时间激光测距是利用激光接收单元的输出信号自行控制激光发射单元，进而触发激光脉冲向测距目标发射，即激光接收单元接收到激光脉冲之后，去触发激光发射单元产生下一个激光脉冲。

激光脉冲的发射和接收先后衔接，自动循环，从而得到一个周期信号ST。

测量该信号的周期就可以得到激光脉冲。

自触发式脉冲激光雷达响应延迟对测量结果的影响

自触发式脉冲激光雷达响应延迟对测量结果的影响花晓峰;许红霞【摘要】分析了自触发式脉冲激光测距系统的结构,确定了信号响应延迟的来源.在常温常压环境下使用该激光测距系统对于标定距离进行测量,得到实验结果并与理论计算的正确结果进行对比,得到了它们两者之间的关系.根据这一关系推导出修正补偿关系式.最后再次用该系统进行测量,依据修正补偿关系式修改程序算法给出修正结果,修正后测量距离结果的误差可以缩小到毫米级,验证了修正措施的有效性,实验结果稳定.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2015(015)025【总页数】6页(P66-71)【关键词】自触发;激光测距;响应延迟;修正【作者】花晓峰;许红霞【作者单位】北京工业大学电子信息与控制工程学院,北京100022;北京工业大学电子信息与控制工程学院,北京100022【正文语种】中文【中图分类】TP272在高精度激光测距系统中，自触发式脉冲激光测距法既解决了多次测量带来的用时过长以及耗费容量存储结果的问题，又大大提高了测量精度［1，2］。

但由于自触发测量电路结构较复杂，在测量近距离时因激光飞行时间极短，而时刻鉴别单元与时间测量单元自身存在较长延迟(比激光飞行时间大若干数量级)，导致实测结果大大偏离理论计算的正确值。

时刻鉴别与时间测量单元目前通常采用可编程控制器FPGA，CPLD［3］和时间数字转换芯片 TDCGP21实现。

FPGA内部延迟单元线性度较差，而在低成本FPGA上又难以做到较好的线性度［4］，无法对测量结果与理论结果的关系进行定性分析;CPLD编程操作方便，延时小于FPGA，但精度较差，难以达到几百、几十皮秒级的测量精度;TDC-GP21内部单元的延迟时间严格统一，线性度较高，双精度模式可达45 ps精度级［5］，并且通过校准测量可以补偿由于温度和工作电压对测量结果的影响，大大减小了系统的非线性误差。

实验使用集成脉冲激光二极管发射模块和带有信号滤波放大单元的APD接收模块，配合 TDCGP21时间测量模块以及控制上位机，对标定距离进行反复测量，分析系统响应延迟对结果的影响并进行修正，最后再次通过测量对修正的效果进行了验证。

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杨晓．等自触发脉冲激光测距飞行时间测量研究
单元和飞行时间测量单元。在传统的脉冲激光测距中，距测
原理是基于测量发射的激光脉冲（ＴＲ）接收单元接收ＳＡＴ和到的返回激光脉冲（ＴＰ之间的时间间隔 △ ＳＯ）。目标距离Ｄ由
中存在的提高测距精度和缩短测量时间两者的矛盾。该方法
到更高的测距精度，者达到同样的测量精度的同时却有更或快的测量速度．而有效的克服了传统激光测距方法中存在从的提高测距精度和缩短测量时间两者之间的矛盾，利于实有现高速高精度测距。
ＡｂｔａｔＢｓｄｏｅｓｌｔｇｅｎｕｓｄｔｃｎｑｅｏｅｕｓｄｔ－ｆｉｈｓｒａｇｆｄｎｔｏｒｐｓｄｔｓｒｃ：ａｅｎｔｅｆｒｇｒｇｐｌｅｈｉｕ，ａｎｖｌｌｅｍｅｏ－ｇｔａｅｎｅｉｉｇｍｅｄｉｐｏｏｅｈ－ｉｉｅｐｉｌｆｌｒｎｈｓｏ
其中Ｃ光速，间间隔△ 为时由飞行时间测量单元测量
给出。
：
Ｌ｝
Ｌ—一
自触发脉冲激光测距方案如图ｌ示。利用激光接收单所
ｐｌｅａｅａｇｎｅｉｎｄａｄｉｌｍｅｔｄＢｅｅｔｇｆｍｈｉｈｓｅｄｏＰＤ，ｔｅｐｅｉｉｎｏｓｒｒｎｅｎｅｕｓｄｌｓｒｒｎｉｇｉｄｓｇｅｎｓｍｐｅｎｅ．ｎｆｉｏｔｅｈｇｐｅｆＬｉｎｒＣｈｒｃｓｆａｅａｇｆｄｒｏｌｉｉｉｒｖｄｕｔｅｍｏｅｈｉ－ｆｉｈａｕｅｎｙｔｍｓａａｔｄｅｔａｒｉａｉｏｈｇｅｆｒａｃｏｔｂｅｓｍｐｏｅ．Ｆｒｈｒｒ，ｔｅｔｍｅｏ－ｇｔｍｅｓｒｍｅｔｓｓｌｆｅｉｄｐｅｘｒｏｄｎｒｙｔｉｈｐｒｍｎｅｐｒａｌｌｏ
这样，自触发脉冲激光测距就可以在同样的测量时间下，达
距结构简单．程远，量速度快，而得到广泛的应用。但测测因是脉冲激光测距的缺点在于单脉冲测量精度不高．目前。单脉冲激光测距精度在实际应用中只能达到厘米量级。以达难到毫米量级。要达到更高的测量精度，能通过对多次单脉只冲激光测距结果求平均值的方法来获取，是这样就会增加但
Ｓｕｙｏｍｅｏ－ｉｈａｕｅｎｆｅ－ｉｇｒｎｕｓｄｌｓｒｒｎｉｇｔｄｎｔ－ｆｇｔｉｌｆｍｅｓｒｍｅｔｌｔｇｅｉｇｐｌｅａｇｎｏｓｆｒｅａ
ＹＡＮＧａＸｉｏ．ＳｈｏＵＮＺａ
（ｃｏｌｆＥｅｔｃｌｎｆｒａｉｎｉｅｉｇＸｉＴｃｎｌｙＵｉｒｔ，ｉａ１０２Ｃｉ）ＳｈｏｌｒａａｄＩｏｍｔｎＥｇｎｒ， ’ ｅｈｏｇｎｖｓｙＸ ’ ７０３，ｈｎｏｃｉｎｏｅｎ帆ｏｅｉｎａ
收稿日期：０１ｌ一７２１－ｌ２
１０１－
１自触发脉冲激光测距原理及脉冲时序逻辑
脉冲激光测距的基本单元包括激光发射单元，光接收激
稿件编号：０１１２２１１１８
作者简介：晓（９２）男，西咸阳人，士。研究方向：能控制。杨１７一，陕硕智
测量所需要的时间，低了测量速度，仅不便于使用，限降不也
制了其应用的范围。为了更好的解决脉冲激光测距测量精度与测量速度之间的矛盾，出一种新型的脉冲激光测距方法，提自触发脉冲激光测距法。自触发脉冲测距方法，以有效克服激光测距可
于激光飞行时间的测量精度，获得较高的测量精度，必要就须设计较高的飞行时间测量系统。文中采用ＣＬＣｍｌｘＰＤ（ｏｐｅｐｏｒｍａｌｌｇｅｉｓ研制出自触发脉冲激光测距的飞ｒｇａｍｂｅｏｉｄｖｅ）ｃｃ行时间测量系统．以达到较高的测量精度。可
ｉｐｏｅｔｅａｃｒｃｎａｕｎｐｅｆａｅｉａｃｅｓｒｍｎ．ｈｅｒｔａａａｙｉｉｃｒｅｕ，ｎｒｅｍｒｖｃｕａｙａｄｍｅｓｒｇｓｅｄｏｓｒｓｎｅｍａｕｅｅｔＴｅｔｏｅｃｌｎｌｓａｒｄｏｔａｄｔｅｈｉｌｄｔｈｉｓｓｉｈ
元的输出信号自行控制激光发射单元，而触发激光脉冲向进测距目标发射，激光接收单元接收到激光脉冲之后，触即去
发激光发射单元产生下一个激光脉冲。激光脉冲的发射和接
ｂｓｃｅｕｔｎｒｒｓｎｅｅｃｂｅｍｅｈｄ．ｈｎｉｇｐｅｉｏｎａｕｎｐｅｌｅｉｅｙｔｅｄｓｇｆａｉｑａｉｓａｅｐｅｅｔｄｔｄｓｒｅｔｔｏｓＴｅｒｇｎｒｃｓｎａｄｍｅｓｒｇｓｅｄａｅｄｃｄｄｂｅｉｎｏｏｏｉｈａｉｉｈｔｅｔ－ｆｉｈａｕｅｎｙｔｍｏｇｅｔｅｔｎ．ｔ－ｆｉｈａｕｅｎｙｔｍａｅｎＣＰＤｏｅｆｒｇｅｎｈｉｏ－ｇｔｍｅｓｒｍｅｔｓｓｍｅｆｌｅｔｒａｘｅｔＡｉｏ－ｇｔｍｅｆｌｍｅｓｒｍｅｔｓｓｅｂｓｄｏＬｆｒｓｌｔｇｒｇ－ｉｉ
相对于相位式激光测距等连续波测距方法，冲激光测脉
收先后衔接。自动循环，而得到一个周期信号Ｓ。量该信从Ｔ测号的周期就可以得到激光脉冲的飞行时间，而可计算出距从离．由统计理论，量激光脉冲 Ⅳ次往返的飞行时间（测 Ⅳ个周期）可比测量１往返的时间精度提高＾。，次ｆ与传统脉冲激光倍测距的取 Ⅳ次独立测量的平均值相比。度提高更大，且只精并要进行一次数据读取存储，省了Ｊ次数据读取存储时间。节７、Ｌ１
自触发脉冲激光测距的测量精度在较大程度上要取决
比起传统脉冲重复频率方法具有更高的测量精度和更快的测量速度．且有效摆脱了时间间隔测量能力对测距精度的并根本限制。自触发脉冲飞行时间激光测距是利用激光接收单
下式给出Ｄ —Ｃ＝ＡＴ１
二
：｝）发射单元输出的激光脉冲信号ａ
：：ａａｅｕｉｎ１ｏｔｕ（）ｌｓｒｐｌｅｓｇａｕｐｔｓ：：ｆｏｈｒｎｍｔｅｒｍｔｅｔａｓｉｔｒ
（）１
ｐｌｅｓｒａｇｆｄｒｒｉｏａｔｅｓｉｌｔｕｔｒ，ａｄｈｇｅｉｂｌｙｕｓｄｌｅｎｅｎｅｓｍｐｃｎｓ，ｓａｒｉｏｆｔｃｍｐｅｓｒｃｕｅｎｉｈｒｌｉｔ．ａｉ
Ｋｅｒｓｐｌｅａｅａｇｎｙｗｏｄ：ｕｓｄｌｓｒｒｎｉｇ；ｓｌｔｇｅｎ；ＣＬ；ｉ —ｆｆｇｔａｕｅｎ；ｐｅｉｏｅｆｒｇｒｇＰＤｔ－ｉｉｍｅｏ－ｉｈｌｍｅｓｒｍｅｔｒｃｓｎｉ
度，且结构简单，积小，并体可靠性高，常适合高性能便携式的激光测距仪。非
关键词：脉冲激光测距；自触发；ＣＬＰＤ；飞行时间测量：度精中图分类号：Ｎ４Ｔ２９文献标识码：Ａ文章编号：１７ — ２６２１）ｌ０ｌ — ３６４６３（０２０一ｌ００