[發(fā)明專利]一種提高SPAD激光雷達精度系統(tǒng)及其方法

在審

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• 申請日: 2022-04-02
• 公開（公告）號: CN114545371A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設計）人: 常健忠;壽翔;劉飛龍
• 申請（專利權）人: 杭州宏景智駕科技有限公司
• 主分類號: G01S7/4861
• 分類號: G01S7/4861
• 代理公司: 上海大為知衛(wèi)知識產權代理事務所(普通合伙) 31390
• 代理人: 何銀南

本發(fā)明涉及激光測距技術領域，具體涉及一種提高SPAD激光雷達精度系統(tǒng)及其方法，包括用于提供時鐘信號的時鐘單元，其特征在于，還包括鎖相環(huán)電路、TDC數據補位模塊和數據比較電路；所述鎖相環(huán)電路包括一個時鐘輸入端口以及分別用于輸出2ⁿ個不同相位時鐘信號的時鐘信號輸出端口，所述鎖相環(huán)電路的時鐘輸入端口與所述時鐘單元相連，2ⁿ個時鐘信號輸出端口分別與2ⁿ個TDC數據補位模塊輸入端相連；所述TDC數據補位模塊用于在2ⁿ個TDC電路的輸出尾端添加不同相位TDC時鐘識別碼，所述TDC數據補位模塊的輸出端與數據比較電路輸入端相連；所述數據比較電路的輸出端輸出具有2ⁿ倍分辨率值的時鐘地址信息；本發(fā)明可在不提高主頻的情況下，成倍提高TDC分辨率。

技術領域

本發(fā)明涉及激光測距技術領域，具體涉及一種提高SPAD激光雷達精度系統(tǒng)及其方法。

背景技術

目前激光雷達系統(tǒng)一般包括激光發(fā)射系統(tǒng)、光路操控系統(tǒng)、回波接收系統(tǒng)以及處理系統(tǒng)組成，激光雷達技術通過主動發(fā)射激光束，經光路操作系統(tǒng)后照射到被測物體后，形成漫反射回波，由接收系統(tǒng)接收回波光源,接收系統(tǒng)主要為各種光電探測器，如：CCD光傳感器、CMOS傳感器、PD光電二極管、APD雪崩二極管、SPAD等。基于SPAD(SinglePhotonAvalanche Diode，單光子雪崩二極管)陣列探測器的激光雷達因靈敏度高、極限量程大等優(yōu)點，展現出很高的優(yōu)勢和廣闊的前景。

基于SPAD的激光雷達的接收系統(tǒng)，包含SPAD陣列，陣列中的每個像素單元是基本的光學感知單位，在外置高電壓差下，處于雪崩狀態(tài)，這種狀態(tài)下像素單元信號光激發(fā)，輸出值為“1”，如果沒有被激發(fā)，則不輸出任何值或輸出值為“0”。SPAD芯片與TDC模塊(時間-距離轉換器、Time Distance Convertor)連接，激光雷達在一個測量周期內，向目標區(qū)域發(fā)射N個激光脈沖，每發(fā)射一個激光脈沖，激光雷達內部時鐘開始計時，TDC模塊記錄SPAD芯片的輸出時間，并在N次激光脈沖發(fā)完后并進行直方圖統(tǒng)計，選取直方圖最高的值所對應的時間，其表示所述光源何時發(fā)射所述光以及所述光電檢測器何時檢測到所述圖像光的時序信號差及時間差,通過：S＝光速×時間差/2直接計算成所測物體的距離，可以省去其他感光元件光信號-模擬信號-數字信號的信號變化流程，因此具有更高的效率。

現有TDC電路模塊主要有雙端口RAM結構和雙RAM結構。雙端口RAM結構TDC

電路如圖1所示，雙RAM結構TDC電路如圖2所示。由于完全采用主時鐘的500MHz來進行時間測量，Tof(Time offlight，光的飛行時間)的時間分辨率為一個時鐘單元(CLOCK)，也就是2ns,根據2ns光的飛行距離約為30cm，因此激光雷達分辨率約為30厘米。時間測量值也同時用作產生RAM的地址信號。所以Tof時間的測量結果是RAM中數值最高的單元所對應的地址值，如圖1及圖2所示。這種TDC電路的分辨率受到時鐘周期的單元長短的限制。在要求高分辨率的應用里30厘米分辨率顯得過于粗糙。

現有做法通常通過提高主頻的方式來直接提高如圖1所示的雙端口RAM結構TDC電路以及如圖2所示的雙RAM結構TDC電路的分辨率。但是主頻提高受到元器件特性制約，會顯著增加電路成本。

發(fā)明內容

為解決上述問題，本發(fā)明提出一種提高SPAD激光雷達精度系統(tǒng)及其方法，能夠在不提高主頻的前提下提高距離分辨率。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：

本發(fā)明第一方面提出了一種提高SPAD激光雷達精度系統(tǒng)，包括用于提供時鐘信號的時鐘單元、鎖相環(huán)電路、TDC數據補位模塊和數據比較電路；