浅谈高精度激光测距技术研究

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1、万方数据第37卷第11期2007年11月激光与红外LASER＆INFRAREDVoI．37．No11November．2007文章编号：1001-5078(2007)11-1137-04高精度激光测距技术研究冯国旭，常保成(华北光电技术研究所。北京100015)摘要：文章介绍了高精度激光测距系统中的一个关键技术——恒比定时技术的原理及应用，并结合工程实践，对偏置电路和延迟电路的设计作了详细介绍，对传统昀定时方法提出了许多改进，大大提高了定时精度及可靠性。关键词：恒比定时；偏置电路；延迟线中图分类号：TN249文献标识码：AStudyofHighPrecisionL

2、aserRangingTechnologyFENGGuo—XII，CHANGBao-cheng(NoahChinaReasarchlr】_stitiuteofElectro—optics，Beijing100015，China)Abstract：The—neipleandapplication0fCFDareintroduced-mrel盘iontoakeytechnologyinhi曲precisionlaserrangetlnder．Basedontheengineeringexperience，thedesignofthebiascircuitanddela

3、ylineisdescribedindetail．Thedesignmadelotsofmodificationstothetraditionalscheme．ThisimprovestheprecisionandreliabilityofCFDtoalargeextentandsolvedakevtechnologyinhishprecisionlaserrangofinder．Keywords：constantfractiondiscriminator(CFD)；biascircuit；delayline1概述在脉冲激光测距中，由于大气湍流、跟瞄抖动、目标姿态

4、变化等会引入对特定目标的回波信号幅度小范围的快速涨落⋯。因此．必须采用相应的时间鉴别技术以减小这种由于幅度的随机抖动而引入的定时误差。在不考虑饱和信号引起的延时误差外，由回渡前沿(一般为15—20ns)引起对测距精度的影响如图l所示(。．是触发阈值)。‘112“图1回波前沿的影响对不同幅度的输入波形，触发时间分别为f．，t：，最大为￡。一f／2。显然回波前沿引起的测距误差为：1．’口=÷·÷·三一o．4m(1)j‘C其中，r为脉宽；c为光速。加上其他误差，很难满足高精度测距的要求。为此．必须采取非饱和接收加时间鉴别技术来减少回波幅度变化对测距精度的影响。2原理分析

5、目前可采用的时间鉴别技术主要有恒比定时触发技术、信号质心检测技术等⋯。恒比定时触发技术是将一个高斯钟形脉冲信号转换成前沿不受输入信号幅度变化影响的矩形脉冲信号，即信号输出的时刻相对于输入高斯脉冲的触发相位是不变的。考作者简介：冯国旭(1977一)。男，工程师，主要从事激光测距方面的研究工作。E·nⅡ丑：日d￡1r蛔Ig@yahooeom．皿收稿日期：20074y7．．02万方数据1138激光与红外第竹卷虑工程应用的简单性与可靠性，我们采用了一种改进型的恒比定时触发技术。如图2所示，恒比定时触发器主要由衰减电路、延迟电路、高速比较器、阈值比较器、门电路、整形输出等几

6、部分组成。慧-d'声．31-囔冷滞一8图2恒比定时触发器原理方框图输入的高斯脉冲信号分为两路：一路经延迟线延迟加于高速比较器的同相输入端，另一路经衰减电路加于高速比较器的反相输入端，在过零时刻比较器翻转。设输入信号为理想的高斯波形，其脉冲前沿的波形方程为：一f2“t)=A·exp(希)(2)‘^其中，A是信号幅度；^是与脉冲宽度有关的常数。设衰减因子为k，则衰减电路波形方程为：．2^(f)=kA·exp(希)(3)设延迟时间为t。，则延迟电路波形方程为：fo(f)：A．。xp[i与丛](4)‘^因过零时刻扣f。时，衰减电路和延迟电路幅度相等，即^(￡)=fo(f)

7、，则：2A2·Ink+f：如2—1i_(5)由式(5)可知，当衰减因子k和延迟时问如后，相交时刻￡。与输入信号幅度无关，如图3所示。因而消除了信号幅度变化对定时精度的影响。图3相交时刻七与输^信号幅度的关系阈值比较器的作用足使幅度大于规定阈值的信号才能在输出端产生相应的输出信号。这样可防止噪声误触发，降低系统的虚警率。3参数选择3．1高速比较器和阔值比较器高速比较器和阈值比较器是定时电路的核心部件，应选用传输速度快、传输延时小的ECL电路。MAX9600是双路ECL超高速比较器，具有极短的传输延迟时间(500ps)和最小化的传输延迟时间偏移(10ps)，传输延迟时

8、间的离散性