基于TDC的自动驾驶激光雷达测距方法研究

Abstract

在应用于自动驾驶的相位调制连续波(PhMCW)激光雷达测距系统中,测量中频(IF)信号的脉冲宽度是关键问题,时间数字转换器(TDC)模块对IF信号的测量决定了PhMCW激光雷达的测距范围与精度。然而传统的TDC实现方法测量范围很小,且实现大测量范围时系统复杂度高,难以应用于自动驾驶。为了实现高精度大范围的TDC模块,采用基于现场可编程门阵列(FPGA)的严格计数链法,在保证比较高的测量精度的前提下,增加很少的资源使用量就可以扩大测量范围,设计简单。该TDC模块能够实现1.24 μs的时间测量范围,对应最大探测距离为186 m。利用信号源产生不同脉宽的被测信号进行实际测试,获得了最佳为26.42 ps的测量精度,对应测距精度为3.96 mm,优于现有商用激光雷达50 mm的测距精度。对200 ns脉宽的过采样数据包进行了频谱分析,证明了TDC测试结果受开关电源噪声影响。最后,搭建PhMCW激光雷达系统进行应用验证,实现了0.3~7 m飞行时间探测,从而证明了该TDC测量方法的可行性。该方法在激光雷达测距领域具有广阔的应用前景。