基于TCSPC的激光雷达技术

    为了实现更高的探测灵敏度、更远的探测距离和更大的数据采样率，国际上纷纷开展了对于各种新型激光测距技术研究工作，时间分辨光子计数激光测距便是其中之一。美国NASA、MIT林肯实验室为代表的国外多家研究机构已经在时间分辨光子计数激光测距领域展开了多年的研究工作，研制出了一系列演示验证系统，展示了时间分辨光子计数激光测距的技术优势和应用潜力。

    时间分辨光子计数激光测距与线性探测体制一样，都采用了直接脉冲探测的方法，通过记录发射激光脉冲和回波光子信号的时间来实现目标距离信息的获取。时间分辨光子计数激光测距技术采用高重频、低能量的激光器和灵敏度极高的单光子探测器盖革模式Si-APD，将线性探测体制下包含大量光子的回波波形探测转换为针对单个回波光子时间的“计数”，充分利用了回波信号中能量（单光子级别），利用目标与光子飞行时间信息的相关性和光子时间累计计数，将背景噪音和暗计数中真实的光子飞行时间提取出来，提高探测概率，最大限度提高系统探测灵敏度和探测效率。时间分辨光子计数激光测距技术的优点是能够以较低的激光脉冲能量获取远距离目标的光子飞行时间信息，大大简化了激光雷达系统，降低了系统对于功耗、望远镜口径等平台资源的要求。

图1 脉冲飞行时间测量原理示意图

    星秒光电能够提供多通道的时间相关单光子计数系统（TCSPC），可满足各科研单位在激光测距成像方面的使用，该系统保持了单个独立通道的优异性能，采用高精度物理延迟链方式，每个通道都可实现64 ps的时间分辨率、 50 ns的死时间，以及20 Mcps饱和计数率。星秒光电目前也可以为工业客户提供多通道高度集成化的时间测量模块，比如16、32或者64通道的集成系统（http://www.siminics.com），该系统可适用于无人驾驶、AGV和无人机等领域激光雷达方面的高精度飞行时间测量。