基于TDC的自动驾驶激光雷达测距方法研究 |
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作者姓名: | 于慧娟 王玉冰 赵树华 张明时 宋悦 邱橙 雷宇鑫 贾鹏 梁磊 秦莉 王立军 |
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作者单位: | 1. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所发光学及应用国家重点实验室;2. 中国科学院大学光电学院 |
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基金项目: | 吉林省科技发展计划(20230201033GX);;国家自然科学基金(62090054); |
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摘 要: | 在应用于自动驾驶的相位调制连续波(PhMCW)激光雷达测距系统中,测量中频(IF)信号的脉冲宽度是关键问题,时间数字转换器(TDC)模块对IF信号的测量决定了PhMCW激光雷达的测距范围与精度。然而传统的TDC实现方法测量范围很小,且实现大测量范围时系统复杂度高,难以应用于自动驾驶。为了实现高精度大范围的TDC模块,采用基于现场可编程门阵列(FPGA)的严格计数链法,在保证比较高的测量精度的前提下,增加很少的资源使用量就可以扩大测量范围,设计简单。该TDC模块能够实现1.24μs的时间测量范围,对应最大探测距离为186 m。利用信号源产生不同脉宽的被测信号进行实际测试,获得了最佳为26.42 ps的测量精度,对应测距精度为3.96 mm,优于现有商用激光雷达50 mm的测距精度。对200 ns脉宽的过采样数据包进行了频谱分析,证明了TDC测试结果受开关电源噪声影响。最后,搭建PhMCW激光雷达系统进行应用验证,实现了0.3~7 m飞行时间探测,从而证明了该TDC测量方法的可行性。该方法在激光雷达测距领域具有广阔的应用前景。
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关 键 词: | 遥感 激光雷达 现场可编程门阵列 时间数字转换器 相位调制连续波 中频信号 |
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