陈建光，倪旭翔，袁 波，严惠民

SiPM激光雷达阳光下探测概率性能分析

陈建光，倪旭翔，袁 波，严惠民*

浙江大学光电科学与工程学院，浙江 杭州 310027

硅基光电倍增管(SiPM)是由数百乃至数千单光子雪崩二极管(SPAD)组成的阵列，它具有增益高、易于集成到阵列以及抗干扰等优点，在激光雷达测距方面具有广泛的应用前景。本文分析了激光雷达测距中的信号和噪声模型，仿真计算了阳光下的SiPM模拟输出，通过高斯拟合得到相应的均值，并在SPAD接收光子受激发概率服从泊松分布的基础上，给出了背景光电子数在0.001个/ns～0.01个/ns，探测器死时间在5 ns～50 ns范围内受背景光影响的SiPM模拟输出计算公式，推导了目标探测概率表达式。在室外环境光下进行的激光测距探测概率实验结果与理论计算值相吻合。

硅基光电倍增管；背景光；死时间；激光测距；探测概率

1 引 言

激光雷达测距技术具有精度高、测程远、受背景干扰小、能够短时间内获取目标距离信息等优势，近些年在自动驾驶、深度成像等领域得到了越来越广泛的应用[1-4]。激光雷达测距技术包括三角测距法、ToF (time of flight)测距法、AMCW(amplitude modulation continuous wave)测距法等，其中ToF技术利用激光器向目标发射脉冲，通过记录激光往返时间来计算目标距离，相比其他方法原理简单，功耗要求较低[5]。

脉冲回波信号能量随探测距离的平方衰减，因此光电探测器要有一定的放大倍数。雪崩光电二极管(aualanche photo diode，APD)作为一种常见的光电探测器，响应速度快，应用广泛，但电流增益较小，一般为102～103。单……