脉冲式激光测距系统研究

摘要

测距范围和精度是脉冲式激光测距系统的两个重要指标，本文详细讨论了激光测距技术原理，对半导体激光器驱动电路、回波信号接收电路、较短时间测量电路进行了深入研究。对误差来源做了相关讨论，最后搭建出整套系统平台，调试系统采集数据，在测量范围内测量精度达到3cm。
　　在半导体激光器(LD)驱动方面，分析电感电容(LC)充放电原理以及改变电路相关参数仿真分析，采用高速非线性开关器件金属氧化物场效应管(MOSFET)作为核心开关器件，利用电容能量压缩原理，设计出脉冲半导体激光器驱动电路，输出脉冲激光峰值功率大约60W，脉宽约10ns。
　　在回波信号接收电路方面，为了能够准确有效的探测回波信号，选用自带波长905nm滤光片的雪崩光电二极管(APD)作为光电探测器，采用高带宽、高增益、差分输出式跨阻放大器对第一级弱电流信号放大，有效滤除背景噪声，经过后续放大整形实现对回波信号光电转换。
　　在短时间测量方面，采用德国ACAM公司生产的TDC-GP22芯片，设计出外围硬件电路以及软件驱动，单次时间测量精度提高到100ps左右，有效提高了脉冲式测距系统精度。

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第一章绪论

§1.1课题背景及研究意义

§1.2国内外研究现状及发展趋势

§1.3论文主要工作和内容安排

第二章激光测距技术原理及系统设计

§2.1激光的大气传输特性

§2.2激光雷达方程

§2.3激光相位测距

§2.4脉冲激光测距原理

§2.5系统结构框图

§2.6本章小结

第三章激光雷达硬件系统

§3.1电源设计

§3.2脉冲激光二极管驱动电路设计

§3.3激光回波接收电路设计

§3.4计时电路设计

§3.5光学系统设计

§3.6PCB板布线注意问题

§3.7本章小结

第四章误差来源及分析

§4.1目标物体反射率对测量精度的影响

§4.2回波信号检测方式

§4.3系统固有延时

§4.4本章小结

第五章系统调试及实验数据分析

§5.1测量结果及数据分析

§5.2本章小结

第六章总结与展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果