【導讀】第一代測距演示儀(Gen1 Ranging Demonstrator)是個(gè)評估系統，用于介紹使用SiPM傳感器進(jìn)行直接ToF測距。Gen1的特點(diǎn)是：
第一代測距演示儀說(shuō)明
第一代測距演示儀(Gen1 Ranging Demonstrator)是個(gè)評估系統，用于介紹使用SiPM傳感器進(jìn)行直接ToF測距。Gen1的特點(diǎn)是：
● 光學(xué)接口，包括激光準直透鏡、傳感器采集透鏡和帶通濾波器。
● 激光二極管和驅動(dòng)電路。
● SiPM傳感器和鑒別器電路。
● 基于FPGA的時(shí)間-數字轉換器(TDC)，讀出和通信接口。
● 基于PC的軟件。
圖15顯示了系統框圖。該演示器使用了一個(gè)905納米的激光二極管，脈波寬度為150 ps，激光峰值功率高達2 W，激光脈波重復率為150 kHz。激光輸出訊號由一個(gè)發(fā)散角為0.06°的透鏡準直。
在接收器處，反射的訊號通過(guò)一個(gè)40毫米焦距的采集透鏡聚焦到傳感器上，該透鏡的孔徑為11.4毫米。傳感器的視角為1.4°。該訊號還被一個(gè)FWHM為10納米的光學(xué)帶通濾光器過(guò)濾。檢測訊號鏈包括SensL MicroFC10020-SMT SiPM、一個(gè)增益級和一個(gè)高速比較器，執行前緣識別，以及脈波發(fā)生器電路。產(chǎn)生的脈波使用獨立的TDC或基于FPGA的TDC和數據采集系統進(jìn)行時(shí)間標記。采集的數據通過(guò)高速USB鏈路傳輸到PC軟件。
系統軟件從獲得的數據中建立直方圖，并將其繪制出來(lái)進(jìn)行分析。曲線(xiàn)擬合算法提取ToF，如第6頁(yè)的測距直方圖部分所述。用軟件可調設置可選擇一系列的配置，以?xún)?yōu)化系統用于各種應用。該演示是可攜式的，由一個(gè)6 V電源供電。表3列出了Gen1系統參數的完整列表。
圖15. Gen1測距演示器原理框圖
表3. GEN1系統參數，傳感器與目標的距離達5米
1 第一代測距演示器的性能
第一代測距演示器的性能已測量了一些有著(zhù)不同的目標距離和環(huán)境光條件的用例。從0米到5米的實(shí)際測距數據如圖16所示，采用測距數據直方圖的形式，對比由此產(chǎn)生的測距和實(shí)際測距特性以及相關(guān)的測距誤差。表4總結了Gen1系統在實(shí)驗室250勒克斯環(huán)境光條件下，5米以?xún)鹊男阅堋?/p>
表4. Gen1系統在5 m內的性能摘要
圖16. Gen1系統在5 m內的基準性能數據
圖17. 用Gen1 Ranging Demonstrator采集的數據
2 使用Gen1系統測量結果對模型進(jìn)行驗證
用演示器的系統參數對模型進(jìn)行配置，并在與目標有相同距離和環(huán)境光的條件下進(jìn)行仿真。然后將仿真結果與測距演示器的測量結果進(jìn)行比較，如圖17和圖18所示，具有良好的相關(guān)性。這驗證了該模型，并提供了為不同用例設計系統的方法。
圖18. MA TLAB模型仿真數據
3 將Gen1系統升級為測距達100米的Gen2系統
該模型隨后被用來(lái)開(kāi)發(fā)一套系統參數，使Gen1系統升級到能夠達100米測距。這升級系統稱(chēng)為Gen2系統。這些參數變化顯示在表5中。圖19顯示了仿真直方圖，圖20顯示了100米處的仿真測距分辨率，圖21顯示了在整個(gè)10米到100米范圍內的測距，顯示了良好的線(xiàn)性度。表6總結了相應的系統性能。在這個(gè)視頻中可以看到Gen2的運行情況。
表5. 第二代升級版測距演示系統的系統參數
圖19. 使用Gen2系統參數對100米遠的目標進(jìn)行測距仿真的直方圖
圖20. 在100米處的測距，使用表5中的Gen2系統參數和給定的參數
圖21. 使用Gen2系統參數仿真對10米至100米目標的測距數據，顯示出良好的線(xiàn)性度
表6. GEN2測距儀的仿真性能，用于達100米的測距(100 KLUX，環(huán)境光，LED，150KHZ)。
更多幫助
1. 測距演示儀說(shuō)明——本文檔描述了測距演示儀的規格和工作。該演示器是個(gè)工程原型。其目的是在測距應用中演示SiPM技術(shù)，并對將來(lái)設計的建模提供回饋。
2. SiPM簡(jiǎn)介——本文檔為剛接觸這種類(lèi)型傳感器的人介紹了硅光電倍增管的基本概念。
3. 如何評估和比較SiPM傳感器——本文檔探討了選擇最佳SiPM時(shí)需要考慮的一些主要因素。
4. C-系列數據表——本文文件中使用的傳感器數據表。
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