高精度时间测量技术和其在脉冲激光测距中的应用.pdf

第 2期 电 光 系 统 NO．2 2010年06月 ElectronicandElectro—opticalSystems Jun．20l0 高精度时问测量技术及其在脉冲激光测距中的应用 邓 全 ，李 磊 ，马 敏 ，王聪种，刘 果 中国电子科技集团公司第二十七研究所 ．郑州450047 摘 要：文章首先对常用的时间测量方法进行了比较，着重介绍了高精度时间测量技术的工作原理，并详 细介绍了采用该技术的测量芯片TDC—GPX，包括内部结构、功能等，在此基础上，给出了该测时芯片在脉 冲激光测距系统巾的工程应用实例。 关键词：高精度；时间测量；脉冲激光测距 中图分类号：TN247 文献标识码 ：A HighPrecisionTimeMeasurementandItsApplicationinPulsedLaserRanging DENG Quan，LILei，MAMin，WANG Cong-chong，LIUGuo (The27thResearch InstituteofChinaElectroniesTechnology GroupCorporation，Zhengzhou450047，Chnia) Abstract：Inthefirstplace，thispapercompareswiththecommonuseofthetimemeasurement，andemphati— callyintroducestheprincipleofthehighaccuracytimemeasurement．ThenthearticlerecommendstheTDC- GPX chipwhichusesthetechnologyintroducedabove，includingtheinternalstructureandfunctionaldescrip— tion．Intheend，thepapergivesallexampleusingthischipinapulsedlaserrangingsystem． Key words：HighPrecision；TimeMeasurement；PulseLaserRanging 应用该技术可以将测时分辨率提高到 1ns以内， 1 引言 这样就可 以极大地提高脉冲激光测距的精度 。 脉冲激光测距以其分辨率高、单色性好、方向 2 高精度时间间隔测量技术 性强、能量高、光束窄等特点，在军事探测、民用测 量等领域有着广泛的应用。脉冲激光测距 的关键 脉冲激光测距原理是在测距点向被测 目标发 是如何正确测量激光从发射，经 目标反射，到被接 射一束短而强的激光脉冲．光脉冲经 目标反射后 收的激光空间传播时间t． 被测距系统接收机接收，设光脉冲从发射点到被 目前 ．常用的时间测量方法有 3种 ：直接计数 测 目标问来回一次所经历的时间间隔为 t，则测距 法(即数字法)、模拟法、数字插入法 。其中，直接 点与被测 目标之间的距离 为： 计数法采用通过 门电路的时钟脉冲对主、回波直 R =1／2×C×t (1) 接计数，方法简单易行，应用广泛，但测距精度较 式中：C为光速。 低 ．一般为米级：模拟法采用 电容充放 电方法 ，测 从公式(1)可以看出．脉冲激光测距的关键是 距精度优于直接计数法，但测量范同小，易受环境 如何精确测量时间t，时间t分辨率的高低直接决 因素影响：数字插入法结合 了数字法和模拟法 的 定了脉冲激光测距的精度。 特点，扩大了测量范同，提