针对目前激光测距系统时间测量误差大、测距精度低、测量范围小等缺点, 设计一种基于延迟线插入法的高精度远距离激光测距系统。分析了系统的工作原理, 叙述了系统的硬件设计和软件算法设计, 详细介绍了高精度时间测量单元, 并研制出了高精度远距离激光测距系统。实验结果验证了测距系统的可行性, 系统运行稳定可靠, 有广阔的应用前景。

为了提高系统的集成度,同时兼顾精度,介绍用FPGA 延迟线插入法来实现较高精度的脉冲激光测时、测距的原理和技术途径。FPGA 延迟线插入法是在直接计数法的基础上,采用FPGA 内部延时单元将时间间隔转化为数字量,经高速锁存器锁存后得到代表延时信息的温度计编码值来实现高分辨率的时间测量。提出了一种实用的高速时钟下(400 MHz)延迟线延时信息的锁存方法,并设计了FPGA 时间数字转换电路及其延迟单元时间测量电路。测试结果表明,FPGA 延迟线插入法可以将单点时间分辨率提高到80 ps,多次测量可达40 ps,对应距离分辨率为毫米级。将其应用于脉冲激光测距系统,进行了测距实验研究,给出了实验数据和测量误差分析,最终得到±10 cm 的测距精度。

时间间隔的测量精度对脉冲激光测距系统的测量精度起决定作用.为此研制了一高精度时间间隔测量模块,该模块基于专用时间数字转换芯片开发,采用延迟线插入法技术,最大测量时间可高达200ms,测时分辨率最高可达125ps,对应测距分辨率18.75mm,适用于远距离的测量.给出了硬件和软件设计方法以及模块的测试结果.

机载海洋激光测深系统不仅要求精确测量激光从海表的入射点到海底目标点之间的距离,还要精确测定飞机到海表入射点之间的距离,为水深数据的海浪校正而确定平均海平面以及波高.为此设计和研制了一高精度时间间隔测量器,该单元基于专用时间数字转换芯片开发,采用延迟线插入法技术,双通道工作,具有高时间分辨率(最高可达250 ps)和高测量重复率的特性.给出硬件和软件设计方法以及单元的测试结果.