基于FPGA的远距离单光子精细化时间数字转换电路

作     者：谢达 王春阳 袁凯 卫旭阳 刘雪莲 Xie Da;Wang Chunyang;Yuan Kai;Wei Xuyang;Liu Xuelian

作者机构：长春理工大学电子信息工程学院吉林长春130022 西安工业大学西安市主动光电成像探测技术重点实验室陕西西安710021 

基　　金：国家重点研发计划项目(2022YFC3803702) 

出 版 物：《红外与激光工程》 (Infrared and Laser Engineering)

年 卷 期：2023年第52卷第10期

页      码：247-257页

摘      要：针对星载GM-APD单光子测距系统难以兼顾宽量程高精度测量问题,文中设计了一种基于等效脉冲粗精两级的精细化时间数字转换电路(Time-to-Digital Converter,TDC)。该TDC首先基于分段式计数原理,设计了粗精两级的计数架构,保证了TDC宽量程测量;其次,针对精计数单元,采用时钟等相差相移π/N,生成等效高频脉冲时钟,将精计数单元的计时精度提升N倍;再次采用多计数器双沿间隔计数方法,将精计数单元计时精度进一步提升至2N倍;最后通过模拟仿真与实验验证对文中设计的TDC进行远距离单光子测距性能测试。仿真与实验结果表明:文中面向远距离单光子测距设计的精细化时间数字转换电路在参考时钟为50 MHz时,计时分辨率为416.67 ps,计时量程达1.31 ms。对室内10 m处目标进行100次测距重复实验,测距误差为5.62 cm,对室外参考距离为2616.5 m处目标进行测距实验,测距的方差为0.0017 m,由此可见,基于文中等效脉冲粗精两级精细化时间数字转换电路的单光子测距系统可以实现远距离目标的高精度、宽量程测量。

主 题 词：单光子 激光测距 时间数字转换 等效脉冲 GM-APD 

学科分类：0809[工学-计算机类] 080902[080902] 08[工学] 0702[理学-物理学类] 0812[工学-测绘类] 

核心收录：

D　O　I：10.3788/IRLA20230094

馆 藏 号：203124188...