大视距激光测距高精度测时系统设计与实现.pdf

摘要

距离测量在我们生产生活中有着重要作用，随着社会的发展，对测距精度和范

围都提出了更严格的要求，激光测距技术应运而生。由于激光固有的特性使得激光

测距能够达到很高的精度，现在激光测距已经进入社会的各个领域。激光测距控制

系统决定了激光测距的精度和量程，本文旨在设计一款高精度大量程的激光测距控

制系统。

激光测距原理主要分为脉冲测距法和相位测距法两种，本文首先对两种激光测

距技术进行了研究和分析，通过对比两种测距方式的优缺点决定选取脉冲式激光测

距法进行研究。本文以脉冲激光测距原理为基础，根据系统的性能需求，提出了测

时系统的设计方案，并根据设计方案实现了测时系统。

本系统利用FPGA作为核心控制芯片，高精度测时芯片TDC-GPX作为测时芯

片，该芯片的测时精度能够达到皮秒量级，对于测时芯片来讲，测时范围越大，误

差就会越大，所以当下很多系统测时范围都受到测时芯片性能的限制，为了突破该

限制，本文改进了控制系统。为了实现大量程高精度测距，系统将脉冲计数法与TDC

测时法相结合，使系统不仅具有脉冲计数法长时间测量的能力，而且具有TDC测时

法高精度的特点，真正实现了大量程高精度的时间测量。

系统设计包括软件设计和硬件设计，文章对各部分都进行了详细的阐述，一般

在系统工作过程中系统或多或少的会受到噪声的影响，为了排除噪声因素对测距系

统的影响，文章还讨论了数据处理的方法，并通过对数据处理验证了数据处理方法

对异常数据的处理能力。

文章最后对各部分进行了测试，结果显示各部分均能够正常工作，系统整体的

测时性能也满足需求。

关键词：激光测距；FPGA；脉冲测距法；大量程；控制系统

Abstract

Distancemeasurementplaysanimportantroleinourproductionandlife.Withthe

developmentofsociety,morestringentrequirementsareplacedontheaccuracyandrange

ofranging.Laserrangingtechnologyhasemergedasthetimesrequire.Duetotheinherent

characteristicsoflasers,laserrangingcanachieveveryhighprecision,andnowlaser

ranginghasenteredallareasofsociety.Laserrangingcontrolsystemdeterminesthe

accuracyandrangeoflaserranging.Thispaperaimstodesignahigh-precisionandlong-

rangelaserrangingcontrolsystem.

Theprincipleoflaserdistancemeasurementismainlydividedintopulsedistance

measurementmethodandphasemeasurementmethod.Thispaperfirststudiesandanalyzes

twokindsoflaserrangingtechnology,anddeterminesthepulselasermeasurementby

comparingtheadvantagesanddisadvantagesofthetwodistancemeasurementmethods.

Distancestudy.Inthispaper,basedontheprincipleofpulsedlaserranging,aranging

systemisdesignedandimplemented.

ThesystemusesFPGAast