高精度时间测量时钟信号在脉冲激光测距中的误差补偿分析

高精度时间测量时钟信号在脉冲激光测距中的误差补偿分析1、引言激光测距在军事应用、科学技术、生产建设方面都起着重要作用[1]。时间间隔的测量精度直接决定着激光测距的精度[7]。常用的时间测量方法有模拟法

高精度时间测量时钟信号在脉冲激光测距中的误差补偿分析 、引言 1 激光测距在军事应用、科学技术、生产建设方面都起着重要作用。时间间隔的测量精度 [1] 直接决定着激光测距的精度。 [7] 常用的时间测量方法有模拟法、数字法和数字插入法等。其中数字法和数字插入法的关 [3] 键都是通过计量时钟信号脉冲个数来实现时间测量。数字法因为具有较好的线性现象与较 大的测量范围而被广泛地应用，但其精度较低。数字插入法在数字法的基础上结合延 [11] 迟线插入法提高了测量精度，在继承数字法优点的同时又实现了较高精度的时间测量。它 具有测量范围大、线性好、测量精度高等优点。冯智辉基于延迟线插入法 [14,15]FPGA 设计了激光测距系统，实现了的测距精度。岱钦利用设计的激光 ±10cm[5]TDC-GP21 测距系统测量精度可达。张彬彬基于设计的高精度时间间隔测量系 0.99m[2]TDC-GP2 统可以达到的测量精度。 1ns[9] 无论是对于数字法还是数字插入法而言，时钟信号周期误差是影响时间测量精度的关键 。传统的时钟周期校准往往只将测量过程中最后一个时钟周期的误差作为校准参数，无 [4] 法对整个测量过程中的误差进行补偿。为此，提出了脉冲激光测距中高精度时间测量时钟 信号误差补偿的方法，通过测量计时芯片在不同时间下的时钟周期误差，构造误差曲线以 对测量结果进行补偿，从而实现高精度的时间测量。 基于上述方法，使用高精度专用计时芯片设计了高精度时间测量系统，实现 TDC-GP22 了高精度的时间测量。该系统有着低功耗、结构简单、容易实现的特点，为高精度时间测 量技术领域提供了一种高效可行的技术方法，有利于高精度激光测距技术的应用与发展。 、高精度时间测量系统设计及误差来源分析 2 高精度时间测量系统设计 2.1 高精度时间测量系统主要由专用计时芯片、高性能计算单元以及 TDC-GP22STM32PC 构成。系统总体设计原理如下图所示 1: 图系统总体设计原理图 1