【摘 要】
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面阵激光雷达无需扫描装置、能够快速对被测目标进行整体性探测,成为近年来激光雷达领域广泛关注的研究热点。其探测器由多路并联雪崩光电二极管（APD）组成,对微弱的激光回波信号探测难度较大。因此,探测器后端信号处理系统设计十分重要。本文对以APD阵列为基本单元的多像素光子计数器（MPPC）为探测器的面阵激光雷达信号处理技术展开研究。根据技术指标,设计了 MPPC后端信号处理系统和时间间隔测量系统,并搭建
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面阵激光雷达无需扫描装置、能够快速对被测目标进行整体性探测,成为近年来激光雷达领域广泛关注的研究热点。其探测器由多路并联雪崩光电二极管（APD）组成,对微弱的激光回波信号探测难度较大。因此,探测器后端信号处理系统设计十分重要。本文对以APD阵列为基本单元的多像素光子计数器（MPPC）为探测器的面阵激光雷达信号处理技术展开研究。根据技术指标,设计了 MPPC后端信号处理系统和时间间隔测量系统,并搭建了系统测试平台,对所设计系统进行了实验验证。主要研究内容及成果如下:（1）对面阵激光雷达理论和工作原理展开研究。以脉冲激光发射与接收系统、信号接收及处理系统、时间间隔测量系统三部分对面阵激光雷达系统进行分析。根据150～200m探测范围等总体技术指标,选择探测器,并根据探测器参数推导计算所需设计的信号处理系统指标。（2）对信号处理系统展开研究。将信号处理系统分为探测器偏置电源模块、微弱信号探测模块、时刻鉴别模块三部分进行设计。根据信号处理系统指标要求,完成三部分的硬件电路设计,通过电路仿真结果可验证:微弱信号探测模块能够在75～88MHz带宽范围内实现74dB的放大增益;时刻鉴别模块能够对激光脉冲信号进行有效鉴别。（3）对时间间隔测量系统展开研究。根据激光雷达系统总体指标选择专用计时芯片TDC-GP22作为系统核心芯片。在芯片完成计时后,通过STM32与其通讯来将计时结果读出。根据TDC-GP22芯片内部资源、通信方法、工作原理等要求,完成时间间隔测量系统的芯片外部硬件电路设计和软件程序设计。（4）搭建系统测试平台进行实验,实验结果表明:所设计的信号处理系统能够对150～200m范围内被测目标反射的激光回波信号进行探测、放大和鉴别;所设计的时间间隔测量系统在150～200m探测范围内的最大距离测量极限误差为9.75cm。
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