一种少光子高精度多波束激光雷达系统及验证

介绍了一种基于8×8面阵SiPM（Silicon photomultiplier）的少光子高精度多波束三维成像激光雷达系统,并给出了激光测距的理论计算以及系统设计。从64波束线阵激光并行发射出发,采用线阵转面阵光纤的排布技术实现激光发射与探测器接收配准。设计了离轴三反的光学收发系统、超窄带滤波结构以及64通道高速并行读出电路,并搭建了激光雷达样机。实验结果表示,静态21 m测距下,64通道一致性较好,测距精度均达到1 cm,最大距离偏差为6 cm;三维成像中,分辨率达到512×512,成像时间100 ms,能够分辨15 cm不同目标,平面点云厚度为5 cm。     

少光子灵敏度精密激光测距方法及验证

针对传统线性探测激光能量需求高、光子计数难以区分信号和噪声的特点,提出了一种基于少光子的高精度激光测距方法。利用硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier,SiPM）作为回波探测器,并对脉冲测距系统的回波响应模型、噪声特性以及测距精度进行分析。搭建了实验验证系统,实现了在激光波长为532 nm、能量为10 nJ的条件下,对107.86 m处的面目标进行测距。实验结果表示,系统的噪声为随机分布,且噪声幅度不超过3个像元同时响应量级,鉴别阈值略大于该值时,即可清晰地分辨出信号和噪声;对于包含32个光子的回波信号,探测器中发生雪崩像元的个数约为4个,此时系统测距精度达到3=3 cm。     

基于TDC7201芯片的高精度激光脉冲飞行时间测量模块研究

设计了一种高精度、高线性度、轻小型激光脉冲飞行时间测量模块。结合TDC7201芯片在时间测量方面的优势,将其作为时间测量核心部分,并将STM32F103RET6微控制器作为主控芯片来控制整个模块的工作。实验结果表明,该模块在12 ns~100 μs时间间隔范围内的时间测量精度最高可达4.1 ps;测量结果的线性拟合相关系数为1,且能够测量激光脉冲主波与5个回波之间的时间间隔。该模块可满足基于硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier, SiPM)的脉冲式激光测距系统的高精度、高线性度、多回波、轻量化等实际应用需求。