高速伪随机码调制激光测距雷达电子学系统设计

徐恒，刘金涛，贺岩

（1.中国海洋大学 山东 青岛　266100；2.中国科学院上海光学精密机械研究所 上海　201800）

高速伪随机码调制激光测距雷达电子学系统设计

徐恒1，刘金涛1，贺岩2

（1.中国海洋大学 山东 青岛266100；2.中国科学院上海光学精密机械研究所 上海201800）

针对采用光子计数的高速伪随机码激光测距，开发了基于高性能FPGA的电子学系统。该系统将伪随机码调制信号发送、码元数据接收、累加运算、互相关运算、距离信息提取及网络通信等功能集成在单个Altera公司的Stratix IV系列FPGA芯片中。系统中采用10阶M序列伪随机码，伪随机码发送和接收速率为1 GHz，周期为10 kHz。接收的码元经过10次累加和阈值比较后，利用1 024个并行的同或逻辑实现互相关运算。互相关运算和距离信息提取的重复频率为1 kHz。理想条件下的测试结果表明，系统达到了设计要求。

激光测距雷达；伪随机码调制；光子计数；FPGA

伪随机码激光测距对激光峰值功率的要求低，在远距离测量时无需大功率脉冲激光器，可以大大降低整个系统的技术难度，并且系统的体积、功耗、稳定性等也可优化[1]。因此伪随机码激光测距有广泛的应用前景[2-5]。

常规的伪随机码激光测距系统因为激光功率低，所以探测距离有限。与本论文相关的伪随机码激光测距雷达，为了增加探测距离，首先采用光放大器提高激光发射功率；其次，采用单光子探测器和光子计数技术提高信号探测能力。

经过光放大的伪随机码调制激光脉冲由发射望远镜输出。目标的反射信号由接收望远镜接收，通过单光子探测器将光信号转化为电脉冲信号输出，再由光子计数器中脉冲幅度甄别电路对电脉冲进行判决，高于阈值的为码元1，低于阈值的为码元0。……