三維激光成像系統(tǒng)中高精度測(cè)距技術(shù)的研究.pdf

1、激光測(cè)距越來(lái)越多的應(yīng)用在軍事以及民用工業(yè)中，測(cè)距精度的提高也成為其研究重點(diǎn)。而影響測(cè)量精度的因素主要包括進(jìn)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(biāo)物反射光之間的時(shí)間間隔等，其中對(duì)測(cè)距精度起決定作用的是時(shí)間間隔的測(cè)量精度對(duì)測(cè)距精度起決定作用。傳統(tǒng)的數(shù)字法測(cè)距受時(shí)鐘頻率限制，只能達(dá)到100ns的測(cè)量精度，而模擬測(cè)距法雖然精度上相對(duì)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(cè)量范圍的增加會(huì)降低精度。本文為

2、了彌補(bǔ)傳統(tǒng)測(cè)距法的不足，在三維成像激光雷達(dá)系統(tǒng)中，針對(duì)時(shí)間間隔的測(cè)量精度提出了一種基于TDC-GP1計(jì)數(shù)芯片的高精度測(cè)量方法，把時(shí)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(shí)現(xiàn)方法，通過(guò)DSP芯片控制TDC-GP1進(jìn)行單通道的時(shí)間間隔測(cè)量，由內(nèi)部粗計(jì)數(shù)器和精延時(shí)通道合作完成時(shí)間間隔測(cè)量，直接將待測(cè)時(shí)間間隔轉(zhuǎn)換成數(shù)字量讀出。
　　本文首先對(duì)激光測(cè)距的方法和原理進(jìn)行了介紹，闡述了脈沖激光測(cè)距法相對(duì)于相位測(cè)距法、三角測(cè)距法、反饋測(cè)距法

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

4、控制。本文還對(duì)基于TDC-GP1的外圍電路設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析研究，整個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部分包括電源轉(zhuǎn)換電路、測(cè)距電路、電機(jī)掃描電路以及測(cè)量單元與上位機(jī)的數(shù)據(jù)接口電路等。并著重對(duì)測(cè)距電路部分的信號(hào)進(jìn)行采樣分析。另外由于系統(tǒng)是通過(guò)DSP和CPLD組成的MCU電路產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)序，因此在實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)需要靈活調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)序。
　　在文章的最后，針對(duì)影響測(cè)距部分電路的精度因素進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，其中包括噪聲分析和對(duì)芯片的溫度測(cè)試。對(duì)于噪聲分