车用防撞ld测距仪设计

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1、车用防撞LD测距仪的设计孙春生，秦石乔，王省书，贾宏进国防科技大学光电科学与工程学院，湖南　长沙410073）摘要：从设计一种成本低，工作稳定的高性价比车用LD测距仪出发，分别对测距仪的工作原理及参数确定、光学系统、发射驱动电路、接收探测电路和软件信号处理方面进行了分析和优化设计。所设计的LD测距仪达到了6～150m的测量量程和±1m的测距精度，工作稳定可靠，对提高驾乘的安全性有良好的实用价值。关键词：激光测距仪；激光二极管；汽车防撞中图分类号：P225.2文献标识码：ADesignofAutomobileCrashwor

2、thyLDRangefinderSUNChun-sheng，QINShi-qiao，WANGXing-shu，JIAHong-jin（CollegeofOptoelectronicScienceandTechnology，NationalUniversityofDefenseTechnology，Changsha410073，China）Abstract：ALDrangefinderisdesignedwhichhasthecharactersoflowcost，reliableandhighperformancetopr

3、iceration.Optimaldesignofthelaserrangefinderisdiscussedaccordingtothesystem’sapplieddemand，opticalsystem，lasertransmitdrivercircuit，laserdetectioncircuitandsignalprocesssoftware.Thelaserrangefinderusedinautomo-bilecrashworthysystemcanget150mmeasurementrangeand±1mm

4、easurementaccuracyeasily，andimprovesecu-rityofdriveandrideeffectually，whichconfirmsthatthelaserrangefinderispracticable.Keywords：laserrangefinder；laserdiode；automobilecrashworthy1引言半导体LD测距仪以其体积小、成本低、结构简单等优势已广泛地应用于测量、跟踪和安全等领域。随着人们对驾乘安全要求的提高，LD测距仪也逐渐应用于汽车防撞系统。本文根据高速

5、公路上汽车防撞系统的应用需求为背景，以系统成本低、性价比高为目标设计了一种LD测距仪。这种测距仪发射激光波长为905nm，量程为6～150m，测距精度为±1m，可在较强的背景光下工作，能够满足高速公路上汽车防撞测距的使用要求。2系统工作原理及参数确定激光测距目前常用的方法有脉冲测距和相位测距两种［1］。本着低成本的原则，系统选用的是脉冲测距的方法。系统主要由半导体激光驱动电路、回波信号接收电路、单片机控制与计时电路、光学系统和电源组成。其工作原理示意图如图1所示。图1系统原理框图系统的具体工作过程如下：单片机下达测距开始指

6、令，半导体激光驱动电路收到指令后利用高速场效应管作为纳秒开关，通过电容充放电产生窄脉宽的大电流脉冲，驱动半导体激光器发出脉冲激光，同时将计时开始信号送至计时电路，启动计时电路中的恒流源对计时电容充电，半导体激光器发射出的脉冲激光经光学系统准直后，经大气传输后到达目标，目标散射后的一部分光经接收光学系统进入APD的光敏面，接收电路将接收到的光信号进行转换、放大、整形后输出至计时部分，使计时电容停止充电，这时电容的电压值与充电时间对应，同时APD附近的温度传感器感应出APD工作环境温度的变化，并将温度信号送至MCU控制电路，由

7、MCU控制直流可调电源输出合适的APD偏压。单片机控制采样电路读取计时电容的电压值，并根据预先的标定将电压值转换成距离值送至上位机或显示系统。测距仪系统参数的选定：考虑到高速公路的路况和实际使用情况，确定测距仪的量程为6～150m，测距精度为±1m；激光器功率的选择要求满足对150m距离处的小目标测距时，回波信号的强度达到接收电路的所需的信噪比，波长选择则要求在可见光范围之外，故选定激光器的输出功率为20W，波长为905nm；考虑到高速公路上测距仪的误报警会可能会产生严重后果，要求虚警率低于10-4，探测概率高于99%；测

8、距仪的结构体积以简单小巧、便于汽车安装为佳；另外还要求测距仪成本低、工作稳定、性价比高等。3光学系统设计测距仪光学系统包括发射光学系统和接收光学系统。半导体激光器发光面和发散角较大，且发散角不对称（如PGEW2S09的发光面为225×120μm、发散角θ‖=10º，θ⊥=30º），因此要同时达到小的发散