APD阵列激光雷达测距试验与分析

同样为了验证所研发的5×5APD 阵列激光雷达实验室样机的测距性能，利用该面阵激光雷达实验室样机进行试验。实验室样机的主控制器和触发信号模块分别采用PC 机、信号源，该试验平台包含APD 阵列激光雷达、示波器、激光测距仪等设备(周国清等，2014)，如图8-6 所示。实验步骤如下：

①将试验平台移到实验室内，距被照射白色墙面约11m 处。

②用测量精度±3mm 的Leica DISTO A3 激光测距仪，精确标定被测距离。

③触发脉冲激光发射模块发射激光照射墙面，进行连续测试。试验过程中，时间间隔测量子系统测到的数据自动上传至PC 机。

④将实验装置向被照射墙面推进1m，重复步骤②、③，直至实验装置推进到距墙面6m 处，结束实验。

图8-6　APD 阵列激光雷达测距实验

考虑到25 路系统的复杂性以及APD 阵列激光雷达各通道的可重复性，在APD 面阵激光雷达正常工作的情况下，从实验中抽取其中8 个通道的3 次测量数据，如表8-3 所示。表中第一行中的距离值是用Leica DISTO A3 毫米级精度激光测距仪测量获得的。下面对该表的数据进行分析。(www.xing528.com)

表8-3　测距实验数据(周祥，2014)

注：下画线处为观察到的现象1、2、3 中最大偏差值所对应的数据。

由表8-3 观察到现象1：同一通道对同一被测距离的三次重复测量中，偏差值最大处出现在10.051m 处，通道17 的第一次测量与第三次测值的差为0.41ns，对应6.15cm。

由表8-3 观察到现象2：不同测量通道对同一被测距离的测量中，偏差值最大处出现在5.941m 处，通道9 第一次测量值与通道17 第一次测量值的差值为1.46ns，对应21.9cm。

由表8-3 观察到现象3：不同测量通道对同一被测距离测量产生的最大偏差值，显著大于同一通道对该被测距离测量产生的最大偏差值。

通过分析，产生现象1 的原因主要是由半导体激光模块发出的每一个激光脉冲不能保证完全相同所造成。产生现象2 与现象3 的原因主要在于：所使用的激光发射模块照射目标的激光光斑强度难以保证一致，以致APD 阵列探测器中对应目标区域不同点的APD 单元接收到的激光回波功率不一致，从而引起了各通道时刻鉴别电路对停止信号鉴别时刻的不同，进而导致了时间间隔测量子系统通道间测得的时间偏差较大，这与光纤阵列激光雷达出现误差的现象和原因分析基本一致。

综合两套APD 面阵激光雷达的测距实验，结果表明测距精度都达到了±15cm。如果需要进一步提高测距精度，减小随机误差，则必须从硬件设计着手，彻底解决停止信号鉴别时刻漂移的问题，这也是我们有待继续研究的重要内容之一。