雷达应用电路-激光雷达测距
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激光雷达测距电路设 计
对抗0802 *** 20080877
第一章 研究背景和意义
激光雷达是以激光器为辐射源、光电探测器为接收 辐射源、 辐射源 器件、光学望远镜为天线的一种雷达。激光雷达是激光 器件、光学望远镜 技术和雷达技术相结合的产物，它具有分辨率高、抗干 扰能力强等优点，可以用来进行测距、测角、角追踪、 目标速度的测量以及目标活动的指示，还可以跟踪超低 空飞行目标，并且隐蔽性能好，因此激光雷达在军事和 民用领域都得到了广泛的应用。
3.1 激光器外调制电路
• 此激光器有两种调制方式：内调制和外调 制。 • 本系统采用外调制方式，调制脉冲由单片 机编程产生。外调制脉冲有一下要求：
１）、调制频率：1~50 KHZ； ２）、脉冲宽度：1.101 ts； ３）、下降沿触发。
• 根据外触发脉冲的要求，系统采用宏晶科技公司 的STC89C52RC单片机编程实现激光器外触发。 设计思想为利用内部定时器０进行定时，产生占 空比为90%，频率为10.6953KHZ的脉冲信号。图 3.2是外调制电路的实物图。图3.3为产生的脉冲 波形图，图3.4为单个脉冲展开图，从图中可以看 出有良好的下降沿，激光器在外触发脉冲的每个 下降沿发射一个激光脉冲。通过多次测试，得到 的脉冲频率很稳定符合激光器外调制的要求，且 激光器工作良好。图3.5是激光器外调制波形和经 过反相后的计时电路开始计时信号。图3.6是触发 信号和探测器接收到的激光信号转化得到电信号， 看出探测器输出的信号与激光器的触发信号有一 固定延时，即系统延时。
第二章 激光雷达测距理论
2.1 激光雷达系统简介 • 激光雷达分为相干激光雷达和非相干激光 雷达。 • 相干激光 相干激光雷达是利用激光相干检测技术进 行探测的雷达。 • 非相干激光雷达 非相干激光雷达是指采用非相干的光电探 测技术的激光雷达，非相干的光电探测技 术又叫直接光电探测技术，是指入射光功 率通过光电效应直接转换为电压或电流， 其电信号幅值与光功率成正比，但是在光 电转换中失去了光频率和相位信息。
第三章 激光雷达测距电路系统构成
测距电路由激光器外调制电路 时刻判别电路 激光器外调制电路、时刻判别电路 激光器外调制电路 时刻判别电路、 时间间隔测量电路和系统微处理电路 系统微处理电路组成。本章 时间间隔测量电路 系统微处理电路 基于脉冲法测距理论 脉冲法测距理论对激光雷达测距电路的系统 脉冲法测距理论 进行研究设计，采用ＡＤＩ公司的高速比较器Ａ ＤＣＭＰ６００、ＡＣＡＭ公司的高精度时间间 隔测量芯片ＴＤＣ．ＧＰｌ和ＳＴＣ单片机设计 了一种结构简单，高精度的测距电路，并且实现 了与上位机的通讯。
激光脉冲测距雷达是典型的非相干激光 雷达。它的优点是测距精度高，测距精度 与测程的远近无关；系统体积小（天线尺 寸小和重量轻），测量迅速，可以数字显 示；有通信接口，可以连成测量网络，或 与其它设备联机进行数字信息处理和传输， 激光测距仪和微波测距仪相比，具有波束 窄，角分辨率高，抗干扰能力强，避免了 近地面和海面的多路径效应的优点。
2.2 激光测距的原理和方法
激光测距技术从工作机理上可分为脉冲和连续波测距两大类。目 前，主要的激光测距方法有：脉冲测距法 脉冲测距法、相位测距法、三角距测 脉冲测距法 距法、反馈测距法等。 脉冲激光测距是利用对激光传播往返时间差的测量来完成的。 脉冲激光测距 激光经准直瞄准后射向被测目标，遇到目标后，激光脉冲的部分能 量从目标返回到接收器上。 当光速为ｃ，发射信号和回波信号的时间间隔为ｔ，则目标距离Ｌ 为：
3.2 时刻判别电路
时刻判别电路的作用是对放大电路的输 出信号进行实时监测，为后端时间间隔测 量电路提供计时终Ｉ卜信号。其性能直接 影响着计时精度和测距精度。主要由高速 比较器及其附属电路实现。目前用于激光 测距的时刻判别方法主要有三种：前沿定 前沿定 时法，恒比定时法和高通定时法。 时法
3.5 系统微处理电路
本文中研究的激光雷达系统主要由激光 发射系统（包括激光器和发射光学系统）、 信号接收系统（光学接收部分和电路部分） 以及信号处理系统（包括信号放大电路和计 时电路）等组成。该系统的工作原理是：激 光雷达发射激光束脉冲，经过扫描器快速扫 描目标或目标区域，同时由雷达接收系统接 收回波信号，回波信号经光电转换和放大后 进入计时电路，最后经过处理得到目标的距 离信息，本文的主要工作是在前期得到回波 信息的基础上设计出测距电路。
本文所研制系统的结构如图：
由图可以看出，单片机产生激光器的外触发信号，同时将触发信号作为时间间 隔测量电路的开始计时信号，时间间隔测量电路开始计时；光电探测器将接收到的 回波信号转化为电信号；时刻判别电路将光电探测器输出的模拟电信号脉冲整形为 规则的TTL电平信号；时刻判别电路输出的TTL信号作为时间间隔测量电路的 计时终止信号，时间间隔电路将测得的开始计时信号和计时终止信号之间的时间差 送给单片机，在经过单片机的运算得到距离信息，单片机将距离信息经过串口传送 给PC机，在PC上实时显示距离。
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第一章 研究背景和意义
激光雷达是以激光器为辐射源、光电探测器为接收 辐射源、 辐射源 器件、光学望远镜为天线的一种雷达。激光雷达是激光 器件、光学望远镜 技术和雷达技术相结合的产物，它具有分辨率高、抗干 扰能力强等优点，可以用来进行测距、测角、角追踪、 目标速度的测量以及目标活动的指示，还可以跟踪超低 空飞行目标，并且隐蔽性能好，因此激光雷达在军事和 民用领域都得到了广泛的应用。
3.1 激光器外调制电路
• 此激光器有两种调制方式：内调制和外调 制。 • 本系统采用外调制方式，调制脉冲由单片 机编程产生。外调制脉冲有一下要求：
１）、调制频率：1~50 KHZ； ２）、脉冲宽度：1.101 ts； ３）、下降沿触发。
• 根据外触发脉冲的要求，系统采用宏晶科技公司 的STC89C52RC单片机编程实现激光器外触发。 设计思想为利用内部定时器０进行定时，产生占 空比为90%，频率为10.6953KHZ的脉冲信号。图 3.2是外调制电路的实物图。图3.3为产生的脉冲 波形图，图3.4为单个脉冲展开图，从图中可以看 出有良好的下降沿，激光器在外触发脉冲的每个 下降沿发射一个激光脉冲。通过多次测试，得到 的脉冲频率很稳定符合激光器外调制的要求，且 激光器工作良好。图3.5是激光器外调制波形和经 过反相后的计时电路开始计时信号。图3.6是触发 信号和探测器接收到的激光信号转化得到电信号， 看出探测器输出的信号与激光器的触发信号有一 固定延时，即系统延时。
第二章 激光雷达测距理论
2.1 激光雷达系统简介 • 激光雷达分为相干激光雷达和非相干激光 雷达。 • 相干激光 相干激光雷达是利用激光相干检测技术进 行探测的雷达。 • 非相干激光雷达 非相干激光雷达是指采用非相干的光电探 测技术的激光雷达，非相干的光电探测技 术又叫直接光电探测技术，是指入射光功 率通过光电效应直接转换为电压或电流， 其电信号幅值与光功率成正比，但是在光 电转换中失去了光频率和相位信息。
第三章 激光雷达测距电路系统构成
测距电路由激光器外调制电路 时刻判别电路 激光器外调制电路、时刻判别电路 激光器外调制电路 时刻判别电路、 时间间隔测量电路和系统微处理电路 系统微处理电路组成。本章 时间间隔测量电路 系统微处理电路 基于脉冲法测距理论 脉冲法测距理论对激光雷达测距电路的系统 脉冲法测距理论 进行研究设计，采用ＡＤＩ公司的高速比较器Ａ ＤＣＭＰ６００、ＡＣＡＭ公司的高精度时间间 隔测量芯片ＴＤＣ．ＧＰｌ和ＳＴＣ单片机设计 了一种结构简单，高精度的测距电路，并且实现 了与上位机的通讯。
激光脉冲测距雷达是典型的非相干激光 雷达。它的优点是测距精度高，测距精度 与测程的远近无关；系统体积小（天线尺 寸小和重量轻），测量迅速，可以数字显 示；有通信接口，可以连成测量网络，或 与其它设备联机进行数字信息处理和传输， 激光测距仪和微波测距仪相比，具有波束 窄，角分辨率高，抗干扰能力强，避免了 近地面和海面的多路径效应的优点。
2.2 激光测距的原理和方法
激光测距技术从工作机理上可分为脉冲和连续波测距两大类。目 前，主要的激光测距方法有：脉冲测距法 脉冲测距法、相位测距法、三角距测 脉冲测距法 距法、反馈测距法等。 脉冲激光测距是利用对激光传播往返时间差的测量来完成的。 脉冲激光测距 激光经准直瞄准后射向被测目标，遇到目标后，激光脉冲的部分能 量从目标返回到接收器上。 当光速为ｃ，发射信号和回波信号的时间间隔为ｔ，则目标距离Ｌ 为：
3.2 时刻判别电路
时刻判别电路的作用是对放大电路的输 出信号进行实时监测，为后端时间间隔测 量电路提供计时终Ｉ卜信号。其性能直接 影响着计时精度和测距精度。主要由高速 比较器及其附属电路实现。目前用于激光 测距的时刻判别方法主要有三种：前沿定 前沿定 时法，恒比定时法和高通定时法。 时法
3.5 系统微处理电路
本文中研究的激光雷达系统主要由激光 发射系统（包括激光器和发射光学系统）、 信号接收系统（光学接收部分和电路部分） 以及信号处理系统（包括信号放大电路和计 时电路）等组成。该系统的工作原理是：激 光雷达发射激光束脉冲，经过扫描器快速扫 描目标或目标区域，同时由雷达接收系统接 收回波信号，回波信号经光电转换和放大后 进入计时电路，最后经过处理得到目标的距 离信息，本文的主要工作是在前期得到回波 信息的基础上设计出测距电路。
本文所研制系统的结构如图：
由图可以看出，单片机产生激光器的外触发信号，同时将触发信号作为时间间 隔测量电路的开始计时信号，时间间隔测量电路开始计时；光电探测器将接收到的 回波信号转化为电信号；时刻判别电路将光电探测器输出的模拟电信号脉冲整形为 规则的TTL电平信号；时刻判别电路输出的TTL信号作为时间间隔测量电路的 计时终止信号，时间间隔电路将测得的开始计时信号和计时终止信号之间的时间差 送给单片机，在经过单片机的运算得到距离信息，单片机将距离信息经过串口传送 给PC机，在PC上实时显示距离。