岱 钦，毛有明，吴凯旋，吴 杰，李业秋

（沈阳理工大学 理学院，辽宁 沈阳110159）

1 引 言

脉冲激光测距因其测量精度高、测量距离远、抗干扰能力强等特点被广泛的应用于国防、航天、测绘等领域［1］。时间间隔的测量精度是提高脉冲激光测距精度的决定性因素之一［2］，现有的时间间隔测量方法主要有数字计数法、模拟法、插值法［3］。文献［3］提出了使用三角波参考信号实现时间间隔测量的方法，借鉴了插值法的思想，克服了模拟法测量范围受限的缺点。文献［4］通过调整延时芯片和机械位移产生的电信号的延时时间，确定光到达目标所需的时间，来提高激光测距精度。数字法可以实现对微小时间间隔的精确测量［5］，但测量范围较小；数字插入法在脉冲激光测距中精度最高，如延迟线插入法具有测量范围大、测量精度高的优点［6］，延迟线插入法既可以使用专用芯片实现也可使用FPGA 内部的专用进位链产生延迟单元［7］，影响延迟线插入法测量精度的因素有很多，包括延迟单元的内部结构［8］、工作电压和温度，当FPGA 内部延迟线跨越多个LE资源时，延迟单元的非线性更加明显，难以在低成本FPGA 上实现线性较好的延迟单元。

与FPGA 延迟线插入法相比，TDC－GP21内部的延迟线的延迟时间严格统一，线性度较高，双精度模式的测量精度达45ps，并且通过校准测量可以补偿由于温度和工作电压对测量结果的影响，减小了系统的非线性误差，系统的积分非线性度＜0.1LSB，差分非线性度＜0.8LSB。

论文设计了基于FPGA 和TDC－GP21的高速精密时间间隔测量系统，通过FPGA 控制TDC完成了时间间隔测量和校准补偿；……