时刻鉴别电路是激光雷达的重要组成部分。它被用于检测回波脉冲信号到达接收机的终止时刻，并通知处理器进行数据处理。为满足激光雷达系统对时刻鉴别电路的精确鉴时的需求，采用经过差分放大后的回波脉冲信号进行差分电平平移，将平移后的差分信号送入高速比较器进行时刻鉴别，实现了时刻鉴别功能。通过验证，该设计有效改善了前沿时刻鉴别法产生的行走误差，提高了激光雷达系统测距精度，与恒比定时时刻鉴别电路相比又简化了电路。

高精度的脉冲激光测距系统一直都是激光测距领域的研究热点之一。测距误差的存在直接影响了激光测距精度的结果, 利用差分信号时刻鉴别法的研究未见报道, 因此对差分时刻判别法的研究具有重要意义。为了研究这一问题, 对影响脉冲激光测距精度的因素进行了分析, 可以认为幅度时间游动效应和上升时间游动效应产生的时间晃动是影响测距精度最主要的因素。通过分析可以看出, 所设计的差分信号时刻鉴别电路能够有效提高测距精度, 达到了设计要求。在实验测试中,差分信号时刻鉴别电路对70 m内不同距离的单次测距误差保持在9 mm以内, 相比之下单端信号时刻鉴别电路的单次测距精度范围为[-12 mm,11 mm]。实验结果表明同单端信号单次测距误差相比, 测距精度有了明显的提高。该方法可以为现有的如何提高脉冲激光测距精度技术提供参考价值。

脉冲激光测距系统由于其精度高、抗干扰能力强等优点, 广泛应用于激光雷达、激光引信等领域, 但是常用的时刻鉴别法存在误差, 制约了动态测距精度的提升, 主要原因是回波脉冲的衰减和展宽。针对这一问题, 提出一种采用恒阈值和峰值双通道的时刻鉴别新方法。该方法通过引入激光发射脉冲的理论方程, 建立了回波波形的时域分布模型, 可以实现不受到衰减和展宽的影响的准确回波鉴别。在此基础上设计了双通道时刻鉴别的脉冲激光测距系统。实验结果表明, 采用双通道时刻鉴别方法可以将近程测距的误差控制在±3 cm以内, 并可通过多次测量对精度进一步提升, 解决了时刻鉴别误差制约测距精度提高的瓶颈问题。

为满足激光测距领域大量程、高精度、高分辨率的应用需求, 设计了一种高精度脉冲激光测距系统。系统基于最小可分辨45ps的专用计时芯片TDC-GP22实现高精度、高分辨率的时间间隔测量, 并采用高带宽放大电路及恒比定时时刻鉴别方法提高系统精度。详细论述了TDC-GP22时间间隔测量模块的硬件设计及软件流程。实验结果表明, 该系统的测量分辨率达45ps, 对时间间隔1μs内的测量精度可达60ps, 对应150m测距精度可达1cm; 对时间间隔1μs以上的测量精度可达1ns, 对应千米级测距精度可达0.15m, 满足高精度距离测量的应用需求。

针对激光引信常用的恒比定时时刻鉴别法的饱和漂移误差问题, 提出了一种前沿判别与恒比定时复合的时刻鉴别方法及其误差补偿模型。建立了恒比定时时刻鉴别的漂移误差模型, 分析了饱和漂移误差随回波信号理论峰值电压的变化规律; 提出了基于复合时刻鉴别法的漂移误差补偿方法, 建立了复合时刻鉴别的漂移误差补偿数学模型, 得到了修正的脉冲激光测距公式, 并进行了测距精度验证实验。结果表明, 复合时刻鉴别及误差补偿修正方法可有效减小系统误差, 测距精度可控制在±0.3 m以内。

针对目前激光扫描仪多回波处理所用高采样率A/D采样电路的设计难度大、成本高的问题，提出一种新的多回波处理电路实现方法。首先简述了典型A/D采样电路的一般设计方法。其次提出了一种主要由高速比较器、时间延迟电路、脉冲产生电路、脉宽测量电路、加法电路以及一个现场可编程门阵列(FPGA)共同组成的新的多回波处理方法，并对重要模块的设计进行了阐述。最后通过实验验证了该电路可有效处理双脉冲回波。该电路设计成本较低，相对A/D采样电路设计难度较小。

在脉冲激光测距系统中,设计实现了基于FPGA和TDC-GP21的高速精密时间间隔测量系统.采用TDC-GP21的高精度测量模式,配置TDC-GP21完成了时间间隔测量,通过校准测量对测量结果进行补偿修正,提高了系统的测量精度;设计了多级嵌套状态机实现高速SPI通信,减小了系统单次测量周期;分析了影响测量精度的因素,比较分析了3种时刻鉴别方法的漂移误差,设计了高通阻容时刻鉴别模块,减小了系统的非线性误差.实验分别进行了基于FPGA脉冲信号的时间间隔测量和激光测距试验,对比验证了系统的测量误差,分析了系统在测量区间的线性度.实验结果表明,系统可以实现高速稳定测量,线性度良好,重复测量频率达1 kHz,测量精度在±100 ps内.

百千赫兹量级测量重复频率和亚厘米量级测量精度的脉冲激光测距系统是激光测距领域的研究热点之一。分析研究了基于皮秒脉冲激光器的激光测距系统的实现原理和方法，针对激光脉宽极窄的特点，使用双阈值前沿时刻鉴别法和电压比较器输出数字信号的脉宽控制方法，并配合TDC-GPX高精度时间数字转换芯片，达到了设计要求。实验结果表明：测距系统工作稳定可靠，测量重复频率达到500 kHz，单次测距精度范围为[4 mm, 10 mm]。

在介绍脉冲激光测距原理的基础上，分析了影响脉冲激光测距精度的两种主要原因，脉冲时刻鉴别误差和时间间隔测量误差对测距精度的影响。指出了针对这两种原因的解决措施，介绍了采用高通容阻时刻鉴别法和差分延迟线法时间测量等技术，实现较高的测距精度的方法，对其工作原理作了介绍。

介绍了一种用于脉冲激光测距技术的双阈值前沿时刻鉴别方法。分析了由接收信号幅度变化引起的计时误差。 采用双阈值前沿时刻鉴别方法产生了飞行时间测量的停止信号和与幅度相关的时间点信号。使用高精度时间测量芯片测量了脉冲信号飞行 时间和信号幅度相关的时间间隔，并对由时刻鉴别器产生的漂移误差进行了修正，获得了误差为± 3cm的测距结果。与其它时刻鉴别方 法相比，该方法无需增益控制，其电路结构简单，动态范围宽，而且在脉冲幅度饱和后仍能对漂移误差进行修正。