飞行时间法激光测距精确计时模块的设计开题报告

1. 研究目的与意义

飞行时间法激光测距精确计时是指在发射器发射激光后到接收器收到激光回波的时间间隔的测量。

时间间隔测量部分最主要的性能指标是时间测量精度。

已知光的传播速度的情况下，若要求激光雷达系统的时间测量误差达到ns级，这对一般的测时电路来说是较难实现的。

2. 国内外研究现状分析

激光测距系统是激光器在军事上最早应用的项目。测光测距研究最早的是芬兰奥鲁大学电气工程系和芬兰技术研究中心，世界上第一台激光测距机诞生在美国休斯飞机公司。自20世纪70年代持续到至今近35年的时间，研究内容从各分系统到整机的各种应用，而且与美国、俄罗斯等国的著名公司开展合作研究，其产品涉及工业、航天、海洋等多个方面。

国内激光测距仪样机的研究始于20世纪80年代。1972年北京光学仪器厂与武汉地震大队等联合研制成国内首台JCY-1型精密气体激光测距仪。2008年，中国科学院研制成功基于时幅转换的激光测距系统，测距精度达到5mm，达到了国际先进水平。

3. 研究的基本内容与计划

目前，脉冲测距时间测量方法有模拟法、数字法和数字插入法。数字插入法是在数字法的基础上，通过插入法提高测量精度，包括延迟线插入法、时幅转换插入法和时间放大插入法。数字插入法继承了数字法的测量范围大和线性好的优点，又实现了高精度的时间测量，因此数字插入法成为目前主要的高精度时间测量方法。其中fpga 延迟线插入法具有结构简单、测量重复频率高、易于单片集成和精度高的优点，故本测距系统选择fpga 延迟线插入法进行高精度时间间隔的测量。

在fpga 中实现延迟线插入法有很多种，其中利用fpga 内部专用进位链(carry-in)实现时间内插可以得到较高的测时分辨率。要实现时间内插电路，首先要将这些基本内插单元进位连线级联起来形成一条对输入信号的时间内插延迟线。将进位单元级联成进位线有多种方法，例如计数器、加法器和乘法器等，其中加法器级联的进位线可以实现对输入信号的时间内插。

具体计划安排如下：

4. 研究创新点

本次的设计是采用脉冲法基于FPGA来实现延迟线插入法进行时间间隔测量，时间测量误差达到1ns的计时精度。