基于动态多阈值误差修正算法的远距离激光测距系统研制.pdfVIP

摘要

随着社会的发展，某些应用场景对测距的要求越来越高，往往需要在保证较远测量能力

的基础上还能拥有较高的测量精度。激光测距技术是目前比较常用的距离测量手段。民用脉

冲激光测距产品大多没有考虑各种复杂测量环境带来的精度影响，很难同时兼顾大目标和小

目标的测量精度。对于远距离的测距而言，除了少数技术封锁且价格昂贵的国外产品，目前

市面上的产品和技术都很难兼顾测量距离和测距精度。

根据以上技术难点，本课题以脉冲式激光测距技术为核心，设计了一套在千米测距范围

时达到分米级精度的激光测距软硬件平台。本激光测距硬件系统采用了905nm波长的半导体

激光器、雪崩光电二极管（APD）、皮秒级分辨率的时间测量芯片TDC-GPX2，同时针对回波

信号处理设计了自动增益控制（AGC）以及自相关检测电路，提高了系统测距动态范围以及

回波信号信噪比。软件系统采用UC-OSII嵌入式实时操作系统，实现了飞行时间法测距、数

据滤波处理、自动增益控制以及动态多阈值误差修正，多任务合作完成系统测距功能。

为了修正脉冲前沿时刻鉴别误差，本文提出了一种动态多阈值误差修正算法。与传统的

双阈值误差修正算法进行了理论计算和实测对比，验证了动态多阈值误差修正算法能够获得

较为理想的修正效果，从而提高远距离测距精度。

最后搭建了系统测试平台，对系统的整体性能进行了全面的测试。结果表明本系统能够

达到0.15cm的测距分辨率、一千米的测量距离以及分米级的测量精度，因此在测距能力和测

量精度上均达到了课题设计需求。

关键词：脉冲式激光测距，动态多阈值误差修正，回波信号处理，TDC-GPX2

ABSTRACT

Mostcivilpulsedlaserrangingproductsdidn’ttakeintoaccountprecisionimpactderivedfrom

variouscomplexmeasuringenvironments,soitisdifficulttogiveconsiderationtotheprecisionof

bothlargeandsmalltargets.Laserbasedrangingtechnologyisacommonlyusedmethodfor

distancemeasurement.Forlong-distancemeasurementrequirements,itisdifficultfortheproducts

andtechnologiesonthemarkettobalancethemeasurementdistanceandmeasurementaccuracy

exceptforsomeforeignproductswhicharetechnicallyblockedandexpensive.

Accordingtotheabovetechnicaldifficulties,thispaperisconcentratingonthelasebased

rangingtechnology,anddesignslaserbasedranginghardwareandsoftwareplatformwhich

achievestheprecisionofdecimeterlevelwithonekilometerrange.Theproposedlaserbased

rangingsystemuses905nmwavelengthsemiconductorlaser,avalanchephotodiode(APD),anda

picosecondresolutiontimemeasurementchipTDC-GPX2.Moreover,anautomaticgain