激光引信复合时刻鉴别法的漂移误差补偿

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。     

激光脉冲测距双阈值时刻判别技术研究

在脉冲式激光测距技术中,回波信号幅度和上升时间变化引起的时间晃动误差是影响激光测距精度的主要因素之一.针对时间晃动误差带来的测距精度低的难题,在分析了时间晃动误差和总结一般时刻判别技术的基础上,设计了由高速比较电路,单稳态脉冲展宽电路、脉冲延时电路和快符合电路组成的双阈值时刻判别电路,并对电路进行了误差分析.与一般的时...     

脉冲激光测距中高速精密时间间隔测量研究

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1kHz,测量精度在±100ps内。     

提高脉冲激光近炸引信定距精度的研究

为了提高激光近炸引信的定距精度,减小脉冲激光回波幅度变化引起的时刻判别误差和起止信号时间间隔测量产生的误差,设计了有源CR双阈过零时刻判别方法和基于FPGA内部专用进位链构成的延迟线插入法的时间间隔测量方法,将其应用于脉冲激光引信系统,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0.17 m的定距精度。实验结果表明,在不增加脉冲激光近炸引信系统功耗、体积和重量的前提下,该方法有效地提高了系统定距的精度,满足实际需要。     

高精度高重频脉冲激光测距系统

在三维激光扫描探测系统中,激光测距的测量重频和测量精度是影响整个系统性能的关键参数.介绍了三维激光扫描探测系统的工作特点,设计了一种以Nios Ⅱ嵌入式软处理器为核心的高重频、高精度脉冲激光测距系统.通过分析影响测量重频和测距精度的因素,采用双阈值时刻鉴别方法进行计时起止时刻的鉴别,使用TDC-GP2高精度时间间隔测量...     

脉冲激光测距接收技术的研究

从脉冲激光测距的光电探测器人手,构建模型理论分析了漂移误差产生的原因,进一步给出了PIN管的光响应时间及其抖动大小与光照强度的近似函数关系．为稳定高效的探测反射激光脉冲信号和提高环境抗干扰能力,提出具有自动增益控制的自触发脉冲激光测距方案,不但减小脉冲信号上升沿引起的测距误差,而且也减小由于信号幅度变化带来的漂移误差影响．     

基于Simulink的时刻鉴别模块误差分析

时刻鉴别模块的定时精度是脉冲激光三维成像系统距离分辨率的主要影响因素,选择合适的时刻鉴别方法对系统设计具有重要意义。本文依靠Simulink模数混合仿真特点,在Simulink中对前沿阈值、恒比定时及高通容阻等几种时刻鉴别方法进行了实现,并根据系统参数自定义激光波形,分析了激光脉宽在0.1～10 ns、入射角在50°～90°及目标距离在0.1～10 km等情况下恒比定时法及高通容阻法的定时误差。仿真结果证明高通容阻法要略优于恒比定时法。相较于从统计学角度分析时刻鉴别总体误差,这种方法能够更好地结合激光波形特征和电路特性动态反映各种时刻鉴别方法在不同情况下的定时误差,为实际应用中的时刻鉴别方法选择提供参考。     

脉冲飞行时间激光测距系统中周期误差补偿

在以正弦波为测量基准信号的激光脉冲飞行时间测距系统中,由于高频信号之间的串扰或器件非线性等因素的影响,将产生脉冲飞行时间周期误差,导致测距精度降低。为此提出了一种利用测距仪在一定距离条件下的测量数据计算定时误差的方法,通过最小二乘法拟合构造出一条含误差补偿功能曲线,并将该曲线进行离散化处理,将离散化数据存入单片机内,在距离测量时以含误差补偿功能曲线作为测量基准,实现对脉冲飞行时间周期误差的补偿。该方法具有原理简单、数据可靠、操作方便等优点。所研制的激光脉冲测距仪经过误差补偿后,测距误差小于3 mm。     

一种用于激光脉冲测距的恒比定时电路

在激光雷达接收电路中,采用固定阈值比较器得到激光脉冲返回时间时,不同峰值回波信号会产生时间漂移。在传统恒比定时(CFD)电路的基础上,提出了一种窄脉冲延时电路,以替代传统RC延时结构。引入了右半平面零点,在保持增益基本不变的情况下产生相位滞后,保证信号波形不变,从而降低时间漂移效应。该CFD电路基于0.18 μm CMOS工艺进行设计。仿真结果表明,在窄脉冲输入信号的上升和下降时间均为3 ns、总脉宽为16 ns时,输出信号的延时为2.05 ns。输入信号幅值范围为100~300 mV时,该CFD电路的输出上升沿翻转时间的漂移误差仅为73.6 ps。     

基于正弦曲线的高精度脉冲激光测距时间间隔测量技术

提出了脉冲激光测距中基于多点平均原理的高精度飞行时间间隔测量新方法,该方法以参考正弦信号作为测量基准。在脉冲计数法的基础上,应用多点平均法原理消除由于正弦曲线的非线性产生的时间累积误差,对正弦信号时间进行高精度细分测量。建立了高精度脉冲激光测距系统,利用线性调频技术对参考正弦信号在一个周期内进行伪随机采样,实现高精度时间间隔测量。测距系统原理结构简单、成本低。实验获得的单次距离测量误差稳定在±3mm以内。     

脉冲激光测距中阈值—峰值双通道时刻鉴别方法

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。     

A 250-MHz BiCMOS receiver channel with leading edge timing discriminator for a pulsed time-of-flight laser rangefinder

An integrated receiver channel of a pulsed time-of-flight (TOF) laser rangefinder for fast industrial measurement applications with the measurement accuracy of a few centimeters in the measurement range from /spl sim/1 m to /spl sim/30 m to noncooperative targets was developed. The receiver channel consists of a fully differential transimpedance amplifier channel, a peak detector, an rms meter and a timing discriminator. In this particular application there is no time to measure the received signal strength beforehand and it is not predictable from previous measurements, so a leading edge timing discriminator with a constant threshold voltage was used. The amplitude of the received pulse is measured with a peak detector and the amplitude information is used to compensate for the resulting walk error. The measured bandwidth of the receiver channel is 250 MHz, the maximum transimpedance 40k/spl Omega/ and the input-referred noise /spl sim/7pA//spl radic/Hz (C/sub photodiode/=2 pF). The timing detection accuracy of the receiver is better than /spl plusmn/35 mm in a single-shot measurement in a dynamic range of 1:4000 and a temperature range of 0/spl deg/C to +50/spl deg/C.     

一种提高脉冲激光测距精度的方法

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.     

利用正弦幅值时间转换的脉冲激光测距方法

提出了一种利用正弦幅值时间转换的高精度脉冲激光测距方法,该方法以正弦信号作为时间基准,采用倍频和时钟分相技术,通过调节脉冲发射延时,控制回波脉冲定时点落在基准正弦波的0~∏/4区间,然后对这一区间进行分段线性插值处理,将正弦幅值的变化转换为定时时间,实现高精度测距。该方法原理结构简单、容易实现。实验结果表明:在激光发射平均功率为1 mW时,在无合作目标测程300 m内,测距精度为±(5 mm+3 ppm)。     

高精度激光近炸引信阈值电路设计与应用

设计了一种适合激光近炸引信的小体积新型高精度时刻鉴别电路, 采用偏置开关补偿技术来抵消因电荷积累造成的过零点漂移,即依据激光回波幅度来决定偏置电压大小。分析了改进的恒比定时方法的时刻鉴别误差,并进行了详细测试,实验结果表明:信噪比大于20 时,输入信号为0.2～2.134V,既在20.12dB 动态范围内,由输入信号幅度变化和噪声变化引起的时刻鉴别误差小于125ps,信噪比大于60时,误差小于100ps。最后将该时刻鉴别电路应用于整机系统中进行实际检测,激光重复频率20kHz条件下,20m的作用距离范围内单次定距标准偏差为1.45cm极大提高了激光近炸引信的定距精度。     

激光引信饱和漂移误差消除算法

为保证激光引信在近程的测距精度,文中针对恒比定时法在激光接收器饱和时会发生跳变点前移的现象,提出一种基于回波功率方程的误差补偿算法。通过线性化模型描述脉冲信号,推导了饱和漂移误差的解析表达式,分析了其随回波信号上升沿斜率的变化规律。根据回波功率方程,在小角度入射特定目标的条件下,建立饱和漂移误差补偿数学模型;通过实验标定误差补偿表达式,得到修正后的测距公式,验证了饱和漂移误差补偿方法的有效性。实验结果表明:激光引信在回波信号饱和时测距有较大偏差,最大偏差达到1.4 m;采用误差补偿方法后,可使偏差控制在0.5 m以内。研究可为小型化高精度激光引信测距系统设计提供理论参考。     

差分信号时刻鉴别法的脉冲激光测距技术分析

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。     

基于超阈值时间技术的激光关联成像

针对现有基于全波形采样的激光关联成像回波采集数据量大且测距精度和测距分辨率受限于采样率的问题,研究了一种基于超阈值时间(TOT)技术的激光关联成像方法。利用基于TOT技术的时间宽度或峰值反推方法获取回波信号的强度信息,分析了TOT响应阈值选取、激光脉冲宽度、TOT测量误差对激光关联成像重构结果的影响。结果表明:基于TOT技术的回波信号获取方法可以实现激光关联成像;TOT响应阈值选为回波信号峰值的35%、激光脉宽不小于30个采样间隔、TOT测量误差的均方根误差小于1个采样间隔,能够保证较好的重构质量。此外,基于峰值反推获取目标回波信号强度信息的方法比基于TOT的时间宽度表征方法更准确。     

提高激光雷达测距精度的最佳信号门限比

为了提高脉冲激光雷达的测距精度,研究了光束在空域为高斯光束、时域为钟型脉冲的激光雷达在恒电压幅度鉴别模式下,回波信号幅度变化和宽度变化对测距精度的影响。证明在一定范围内,由回波幅度变化所造成的测距误差与由回波脉宽变化引起的测距误差,随鉴别电平的取值不同,呈现出相反的变化趋势,即最佳信号门限比的存在,并导出了相应的计算公式。通过改变接收信号强度,对不同信噪比、不同信号门限比条件下大量测距实验结果进行了分析,验证了最佳信号门限比的存在。在一定的实验条件下,最佳信号门限比的取值在1.8附近,实验结果与理论计算吻合良好。这一研究结果为不同应用条件下,激光雷达鉴别电平的合理选取提供了依据。