近程動態(tài)范圍激光雷達測距系統(tǒng)設(shè)計及誤差分析

王皓，羅沛，李小路

（北京航空航天大學(xué) 儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院，北京100083）

激光雷達作為一種新興的主動式遙感技術(shù)，能夠快速、準確、實時地獲取地面目標的三維空間信息，近年來得到了極大的發(fā)展和應(yīng)用。一個完整的激光雷達系統(tǒng)由激光測距儀、動態(tài)差分GPS接收機、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和成像裝置組成。而激光測距儀是系統(tǒng)的核心部分，其采用的測距方法也有所不同。常用的方法有：脈沖法、相位法、三角法、干涉法，這4種方法被廣泛應(yīng)用于不同場景，各有優(yōu)劣［1］。其中脈沖法又稱為飛行時間探測法，是最早應(yīng)用于激光雷達測距的方法，屬于直接探測手段，利用的是激光脈沖脈寬窄、持續(xù)時間短、瞬間功率大從而探測距離較遠的特點［2-3］。脈沖法將被測距離換算成發(fā)射脈沖與目標反射返回的接收脈沖之間的飛行時間，距離測量實際上就轉(zhuǎn)換成了時間測量。該方法簡單方便，測量范圍大且功耗較小，但是絕對測距精度不高。相位法通過激光調(diào)制，測量發(fā)射脈沖和接收脈沖的相位差進而解算出被測目標的距離，避免了測量納米級的時間間隔，以此獲得比脈沖法更高的測距精度［4］。三角法是通過檢測被測物體反射或散射的光線，成像在光電探測器的光敏面上，測量像的位移來推出物體的位移；優(yōu)點是精度非常高，可達微米級，且簡單易操作，但只適用于微小位移測量，最大量程只有1 m。干涉法利用激光干涉原理，產(chǎn)生明暗相間的條紋，然后對其計數(shù)，從而換算出位移量［5］；優(yōu)點是測量精度極高，但其缺陷在于對測量環(huán)境的要求極為苛刻，需要精密的實驗定標。所以綜合來看，4種方法都有各自的優(yōu)缺點和適用環(huán)境，但針對較大的測量范圍，合適的測量方法只有2種，即脈沖法和相位法。但相位法測量遠距離目標時，一般需要在被測目標上貼上靶標作為合作目標，不適用于某些應(yīng)用環(huán)境。而脈沖法基本適用于各種目標，適用于絕大多數(shù)應(yīng)用環(huán)境。綜上，選擇脈沖法作為激光測距儀的測距方法，研究不同因素對測距精度的影響，以及最優(yōu)的測距電路設(shè)計。

脈沖激光雷達主要的誤差包括行走誤差（walk error）、時間抖動誤差（tim ing jitter error）和非線性誤差（nonlinear error）［6］。在激光雷達系統(tǒng)測量不同距離的目標時，距離動態(tài)變化造成的行走誤差是最需要修正的誤差。國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者在研究近程動態(tài)范圍激光雷達測距技術(shù)時，多采用對脈沖幅值變化不敏感的恒比定時鑒別器（Constant Fraction Discriminator，CFD）來減小行走誤差，如中國科學(xué)院、北京理工大學(xué)等［7］。但是，CFD電路中高速比較器的過載和輸入脈沖形狀變化會產(chǎn)生額外行走誤差［8］，且動態(tài)范圍越大，時間抖動誤差也越大。因此，只采用CFD技術(shù)并不能完全消減由于距離動態(tài)變化而導(dǎo)致的行走誤差［9］。所以基于自動增益控制（Automatic Gain Control，AGC）技術(shù)和CFD技術(shù)設(shè)計的激光雷達測距系統(tǒng)，能夠更好地消減行走誤差和時間抖動誤差，以適應(yīng)動態(tài)范圍下的測量目標，從而提高測距精度，并將設(shè)計的測距系統(tǒng)推廣到三維激光雷達掃描系統(tǒng)上。

1 誤差分析

激光雷達測距系統(tǒng)的主要誤差可以總結(jié)為3種：行走誤差、時間抖動誤差和非線性誤差。為了以更高精度測量近程動態(tài)范圍下的目標距離，需要對脈沖激光雷達測距單元的主要誤差分別進行分析，以此確定改善系統(tǒng)測距精度的途徑，從而設(shè)計擁有更好測距性能的激光雷達測距電路。

1.1 行走誤差

激光雷達發(fā)射脈沖在時域上基本符合高斯分布，而系統(tǒng)探測目標的動態(tài)范圍較大或反射率差異較大時，接收到的回波脈沖幅值和形狀也有較大的變化。回波幅值或脈沖形狀的變化會引起距離測量值的偏移。所以，行走誤差被定義為由于脈沖幅值和脈沖形狀變化導(dǎo)致的時間檢測電路中的時間偏差［10］，其概念如圖1所示。其中橫坐標表示時間，縱坐標表示脈沖幅值，不同幅值回波脈沖如圖中2條曲線所示。

如果使用前沿鑒別法，當信號達到某個閾值時，電路給出一個邏輯電平作為stop脈沖。由于2個脈沖的前沿不同，得到的測量時間不同，導(dǎo)致距離測量會存在較大的偏差。所以在被測目標是移動的或者設(shè)備將用于一定動態(tài)范圍的測量時，回波探測電路采用的時刻鑒別器所產(chǎn)生的行走誤差將各不相同［11］。

為了消除行走誤差，選擇采用CFD技術(shù)。其將回波信號分為兩路：一路為延時信號，一路為衰減信號，取兩路信號上升沿的交點作為時刻鑒別點。當回波信號幅值發(fā)生變化時，該時刻鑒別點的位置不會改變，從而消除了因脈沖幅值變化造成的行走誤差。其原理如圖2所示。

圖1 行走誤差Fig.1 Walk error

圖2 恒比定時鑒別器原理Fig.2 Constant fraction discriminator principle

1.2 時間抖動誤差

CFD電路確實一定程度上消減了行走誤差，但是由于CFD電路中必然存在隨機噪聲，獲得時刻鑒別點時也會存在抖動偏差。這種偏差就是時間抖動誤差。因此，時間抖動誤差可以定義為噪聲引起的脈沖形變而出現(xiàn)的統(tǒng)計時間偏差，是一種隨機誤差［12］。在高斯噪聲的影響下，基于恒比定時的時刻鑒別點會在時間軸上發(fā)生偏移，另外，測量幅值動態(tài)范圍越大，時間抖動誤差也越大。因此，盡可能地提高信噪比，減小輸入幅值變化范圍是減小這種誤差的主要途徑。

1.3 非線性誤差

激光雷達測距系統(tǒng)中，時間間隔的測量精度是決定激光測距精度的重要因素，而測量時間間隔的方法需要用到高頻率的同步時鐘。該系統(tǒng)基于現(xiàn)場可編程邏輯門陣列（Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA）對高精度時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器（Time-to-Digital Converter，TDC）芯片進行配置和數(shù)據(jù)采集，利用TDC-GP22芯片內(nèi)部校準和統(tǒng)一的延時線來進行時間測量。但延時線間的間隔會產(chǎn)生時間間隔測量誤差，而這一誤差導(dǎo)致測量結(jié)果出現(xiàn)非線性變化，屬于非線性誤差［13］。

在激光測距中，測量值可能是同步時鐘周期中的任何數(shù)據(jù)，并且每個數(shù)值出現(xiàn)的概率相等，所以導(dǎo)致的非線性誤差的均方根計算式為

式中：f為同步時鐘采用的頻率；c為光速。而TDC-GP22使用單通道測量時的分辨率為45 ps（1 ps=10-12s），start脈沖和stop脈沖的時間測量都會產(chǎn)生非線性誤差，所以總體產(chǎn)生的距離誤差計算式為

式中：σstart和σstop分別為start脈沖和stop脈沖的時間測量產(chǎn)生的非線性誤差。

由此可見，非線性誤差很小，且可以通過自標定減小到一個可以忽略的水平。

2 激光雷達測距系統(tǒng)

2.1 測距系統(tǒng)組成

自研激光雷達測距系統(tǒng)主要由發(fā)射與接收單元、控制單元、掃描單元和測距單元4部分組成。發(fā)射與接收單元主要由激光器、望遠鏡、光電探測器組成，通過同軸光路采集發(fā)射脈沖、回波脈沖和觸發(fā)信號。其中，激光器是發(fā)射與接收單元的核心器件，決定了整個激光雷達測距系統(tǒng)的適用范圍。該激光器為全固態(tài)Nd：YAG被動調(diào)Q脈沖激光器，其主要指標如表1所示。

因此，根據(jù)激光器參數(shù)、光電探測器的光學(xué)效率和電路參數(shù)，基于激光雷達方程可以估算出系統(tǒng)測距動態(tài)范圍為10～100m。

表1 脈沖激光器主要指標Tab le 1 Pu lse laser m ain indicators

掃描單元用于進行三維掃描，通過步進電機和云臺實現(xiàn)水平方向和垂直方向的三維掃描?？刂茊卧饕肍PGA實現(xiàn)對激光器和掃描單元的參數(shù)設(shè)置，同時完成主機與下位機之間數(shù)據(jù)的同步和傳輸，為點云成像提供必要的參數(shù)和數(shù)據(jù)包。測距單元利用AGC技術(shù)和CFD技術(shù)設(shè)計回波脈沖處理電路，通過TDC-GP22解算獲得距離時間差。測距單元是激光雷達測距系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，如圖3所示，ADC為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。

激光雷達測距系統(tǒng)的核心技術(shù)主要包括兩方面：AGC技術(shù)和CFD技術(shù)。AGC技術(shù)提供穩(wěn)定的有限脈沖幅值，減小時間抖動誤差和額外的行走誤差。CFD技術(shù)則通過延時信號和衰減信號的相交實現(xiàn)回波脈沖準確時刻點的獲取，減小回波脈沖動態(tài)變化所引起的行走誤差。

圖3 測距單元設(shè)計Fig.3 Design of ranging unit

2.2 AGC設(shè)計

AGC技術(shù)的設(shè)計目的主要有2點：一是使探測回波脈沖信號的激光雷達測距系統(tǒng)工作在線性區(qū)內(nèi)；二是將回波脈沖信號的幅值控制在CFD電路的最佳輸入范圍內(nèi)。也就是說，AGC電路需要將遠距離被測物體的微弱回波信號放大到一定程度，將近距離產(chǎn)生的回波信號衰減到一定程度，且保證信號不飽和不失真。AGC模塊的組成框圖如圖4所示。

圖4 自動增益控制原理Fig.4 Automatic gain control principle

AGC電路主要包括4個部分：峰值保持單元、峰值檢測單元、邏輯控制單元和程控放大單元。峰值保持單元主要是探測回波脈沖的峰值并將其保持更長時間，從而讓峰值能夠被峰值檢測單元檢測到［14］；峰值檢測單元則主要利用ADC芯片檢測回波脈沖的峰值并進行量化；邏輯控制單元依靠FPGA實現(xiàn)，根據(jù)ADC檢測到的脈沖峰值大小，進行量程選擇，并將該量程的增益信息傳遞給程控放大單元；程控放大單元則利用可編程增益放大器（PGA）和FPGA芯片根據(jù)接收到的增益信息對脈沖信號進行放大，從而對不同幅值的脈沖信號實現(xiàn)不同增益的放大。AGC本質(zhì)上是一個負反饋系統(tǒng)，將回波脈沖分成兩路，其中一路通過峰值保持器，探測到脈沖峰值并保持一定的時間，利用ADC獲取脈沖峰值并且進行量化，然后將量化的幅值傳遞給FPGA，F(xiàn)PGA根據(jù)幅值大小對量程進行選擇，并將該量程的增益信息傳遞給PGA；另一路直接通過PGA，根據(jù)接收的增益信息對脈沖信號進行放大，以此達到自動增益控制的目的。AGC電路將輸出信號控制在1.5～1.7 V，在CFD電路的最佳輸入范圍內(nèi)。

2.3 CFD設(shè)計

對于近程動態(tài)范圍的目標，由于受到目標反射率和被測距離的影響，回波脈沖幅值會出現(xiàn)動態(tài)變化，測距精度隨著距離增加而變差。為了減小距離變化引起的行走誤差，系統(tǒng)采用CFD技術(shù)獲得回波脈沖的準確時間，利用CFD電路中定時點的獲取與回波脈沖幅值無關(guān)的特性，減小行走誤差，從而提高測距精度。實驗證明，CFD電路的輸入需要控制在一定范圍內(nèi)，系統(tǒng)可獲得更好的測距性能。因此，采用AGC技術(shù)，控制CFD電路輸入幅值在1.5～1.7 V范圍內(nèi)，進一步減小行走誤差。

圖5 恒比定時鑒別器設(shè)計Fig.5 Constant fraction discriminator design

CFD模塊的設(shè)計原理如圖5所示，將輸入脈沖分為兩路。其中一路連接前沿鑒別器，通過選擇適當?shù)拈撝迪肼暱赡芤鸬臅r間誤判，從而減小激光雷達測距系統(tǒng)的虛警概率。而另外一路連接到由衰減電路、延時電路和高速比較器（比較器2）構(gòu)成的CFD電路，衰減信號幅值等于延時信號幅值的時刻即是回波脈沖的定時點。由于這個定時點就是輸入脈沖幅值其峰值的某個分數(shù)值的時刻點，所以利用CFD電路獲取的回波脈沖定時點是與輸入脈沖幅值無關(guān)的。

回波脈沖時刻點的獲取主要依靠CFD電路，獲得的時刻精度主要由延時電路和衰減電路決定。為了提高測距精度，盡量使延時電路和衰減電路相交的定時點發(fā)生在延時信號的上升沿最陡峭處，即是斜率最大的地方。因此，回波檢測電路中，延時時間和衰減系數(shù)是關(guān)鍵參數(shù)，延時時間和衰減系數(shù)應(yīng)該滿足［15］：

式中：tr為脈沖上升時間；td為延時時間；k為衰減系數(shù)。根據(jù)此前的研究結(jié)果，衰減系數(shù)在0.2～0.5范圍內(nèi)比較合適［16］。這是由于衰減系數(shù)越小，CFD電路所引起的標準偏差越小。衰減系數(shù)在大于某個極限值之后，測距精度會急劇惡化。但是考慮到過小的衰減系數(shù)會導(dǎo)致衰減信號的信噪比減小，反而會增大誤差。故選擇衰減系數(shù)為0.5，延時時間為2 ns。

2.4 TDC算法設(shè)計

時間測量部分，需要選擇高精度的時間測量方法獲得發(fā)射與接收脈沖的時間差。常見的時間測量方法主要有直接計數(shù)法、模擬內(nèi)插法、時間-幅值轉(zhuǎn)換法和時間數(shù)字轉(zhuǎn)換法［17-18］?？紤]到系統(tǒng)所需的測量精度和集成化，選擇TDC-GP22進行高精度時間間隔測量。在激光雷達測距系統(tǒng)的測距單元中，TDC芯片以接收系統(tǒng)光路部分的觸發(fā)信號作為開始信號（start），而回波信號經(jīng)過第一級放大、AGC電路和CFD電路之后進入TDC芯片作為停止信號（stop）。由此計算發(fā)射脈沖和接收脈沖的時間差，換算得到目標的距離信息。TDC-GP22芯片的集成度高、功耗低、測量性能好，使用單通道測量時單次分辨率可達45 ps，測量流程如圖6所示。通過系統(tǒng)參數(shù)配置，可以確定其測量模式、參考時鐘、脈沖個數(shù)、自校準和ALU數(shù)據(jù)處理等信息。在參數(shù)配置與初始化之后，TDC-GP22才能被發(fā)射脈沖中斷，啟動測量流程。

設(shè)計過程中，基于FPGA進行編程開發(fā)，控制TDC芯片進行參數(shù)配置與測量模式選擇。TDC每次測量之前都必須進行初始化，所以將觸發(fā)脈沖信號作為中斷信號，每次檢測到觸發(fā)信號之后，才開始測量。TDC-GP22這一型號的芯片可以測量多個脈沖，這對多脈沖目標測量是一大優(yōu)勢，但是在同一通道中，連續(xù)2個脈沖的間隔必須大于20 ns。假如測量目標不滿足這一條件，則需要重新選擇性能更恰當?shù)腡DC芯片。

圖6 TDC-GP22測量流程Fig.6 TDC-GP22 measurement process

3 實驗結(jié)果及分析

3.1 靜態(tài)測距實驗

3.1.1 實驗裝置及指標

為了驗證激光雷達測距系統(tǒng)精度是否達到要求，利用實驗室自研激光雷達測距系統(tǒng)進行10～100m目標的靜態(tài)測距實驗，在調(diào)試光路系統(tǒng)和電路系統(tǒng)后，通過示波器檢測回波波形是否符合要求。然后調(diào)整目標距離，每10 m測量一組數(shù)據(jù)，每組80 000個測量數(shù)據(jù)。在實驗中，被測目標為反射率70%的標準漫反射板，利用激光測距儀（型號：GOLDM-41A，精度為2 mm）進行距離標定，得到每個測量距離下的距離真值。下面主要采用2種指標衡量激光雷達測距系統(tǒng)的測距性能：測距精密度（precision）和測距準確度（accuracy）。測距精密度用來估計系統(tǒng)隨機誤差，主要與目標距離有關(guān)，在某一距離下，可表示為多次測量結(jié)果的標準差。

式中：Epre為測距精密度；N為測量數(shù)據(jù)個數(shù)；Rj為每一次的測量數(shù)據(jù)；為測量數(shù)據(jù)平均值。

測距準確度用來估計激光雷達測距系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差，一般將測量值與距離真值之間差值的平均值作為系統(tǒng)的準確度［19］，即

式中：Eacu為測距準確度；Rtrue為距離真值。

為了校正得到的準確度數(shù)據(jù)，定義一個物理量偏差量（bias），將之前得到的測距準確度減去對應(yīng)的偏差量，就得到校正后的準確度。偏差量的定義為

式中：Ebias為 偏 差 量；M 為 測 量 目 標 組 數(shù)；Eacu，j為第j組測量目標的準確度數(shù)據(jù)。

3.1.2 實驗結(jié)果分析

本實驗中，10～100 m距離范圍內(nèi)的測距精密度和準確度曲線如圖7所示。通過AGC技術(shù)和CFD技術(shù)的結(jié)合使用，激光雷達測距系統(tǒng)的測距精密度（即標準差）穩(wěn)定在1.05～2.88 cm，符合預(yù)期設(shè)計要求。而且精密度變化經(jīng)歷了一個先降低再上升的過程。主要原因是CFD模塊中在前沿鑒別器上設(shè)置了一個參考電壓0.07 V用以減少誤觸發(fā)。當測距距離較近時，噪聲較大且部分時刻噪聲高于參考電壓，產(chǎn)生錯誤時刻鑒別點，在近距離降低了測距精密度；當測距距離較遠時，根據(jù)激光雷達方程，距離增大，回波信號的信噪比降低，測距精密度也會下降。因此，測距精密度在距離為30m時，達到最優(yōu)為1.05 cm，在測距距離更小或更大時，測距精密度都會逐漸下降。

從圖7可知，校正后的準確度絕對值在經(jīng)過校正后保持在5 cm以內(nèi)，并隨目標距離的增大準確度振蕩上升。準確度用于測距系統(tǒng)標定，對測距測量結(jié)果進行修正。

圖7 10～100m測距精密度及校正后準確度變化曲線Fig.7 Change curves of 10-100m ranging precision and corrected accuracy

3.2 三維掃描測距實驗

3.2.1 室內(nèi)掃描實驗

為了獲得被測目標的三維信息并生成點云圖像，采用實驗室自研三維激光雷達掃描系統(tǒng)進行三維掃描測距實驗。該系統(tǒng)的測距模塊與靜態(tài)測距系統(tǒng)的測距模塊相同。利用掃描電機和FPGA的時序控制，使系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)掃描，角度信息與之前得到的距離信息傳到上位機進行解算，獲得激光腳點的三維坐標，從而生成掃描物體的點云圖像。

為了驗證激光雷達測距系統(tǒng)在三維掃描系統(tǒng)中性能是否滿足應(yīng)用需要，進行2組掃描實驗。第1組實驗地點為北京航空航天大學(xué)新主樓二層長廊，在室內(nèi)自然光下測量。掃描目標為反射率70%，長寬皆為0.64m的標準漫反射板，并確保反射板與地面垂直。從距離激光出射點11.4m處開始到31.2m，每隔1.8m進行一次掃描，掃描得到的點云圖像如圖8所示。利用MATLAB截取反射板點云，并剔除反射板支架和邊框上的點云。為了衡量三維掃描系統(tǒng)中測距單元的性能，針對上述截取點進行平面擬合，計算所有截取點到擬合平面的距離均方根誤差，即

式中：Erms為均方根誤差；Num為擬合平面的點云數(shù)量；Di為第i個點云到擬合平面的距離。

圖8 掃描目標成像Fig.8 Scanning target imaging

圖9 平面擬合均方根誤差與靜態(tài)測距精度對比Fig.9 Comparison of planar fitting rootmean square error and static ranging precision

如圖9所示，虛線為靜態(tài)測距系統(tǒng)在10～32m范圍內(nèi)的測距精度曲線，實線為三維掃描系統(tǒng)的平面擬合均方根誤差的曲線（11.4～31.2m范圍內(nèi)點云較密集，所以在此范圍內(nèi)作對比）。從對比結(jié)果可以看出，平面擬合均方根誤差的變化趨勢與靜態(tài)測距精度的變化趨勢相似，先下降，再振蕩上升。且隨著距離增大，兩者的曲線逐漸接近。原因是點云測量誤差除跟測距精度有關(guān)，也跟角度的分辨率有關(guān)，距離越遠，掃描目標的視場角越小，擬合誤差受點云角度信息的影響越小，兩者的精度結(jié)果也就越接近。

3.2.2 室外掃描實驗

第2組掃描實驗?zāi)繕藶楸本┖娇蘸教齑髮W(xué)晨興音樂廳正面（尺寸20.30m×7.85m×26.56m），在室外自然光條件下測量。設(shè)置激光發(fā)射頻率5 kHz，電機轉(zhuǎn)速2 r/s，云臺轉(zhuǎn)速0.37（°）/s，掃描目標示意圖及掃描點云結(jié)果如圖10所示，有效點云總數(shù)為114660，激光出射點距音樂廳表面墻體的垂直距離為15.97m。

從點云圖像可以看出，掃描點云圖像輪廓清晰，點云密度隨出射點到目標點的距離增大而逐漸減小，玻璃由于鏡面反射導(dǎo)致其周圍點云數(shù)量極少。為了檢測對室外目標的測量效果，選擇截取部分墻面點云，計算各個截取點到擬合平面的距離，并求出所有截取點到平面擬合均方根誤差。圖11為平面擬合均方根誤差的直方分布。

圖10 室外掃描目標照片及點云示意圖Fig.10 Outdoor scanning target photo and point cloud image

圖11 截取點云到擬合平面距離的誤差分布Fig.11 Error distribution of distance from interception point cloud to fitted plane

如圖11所示，在截取的4 774個點云中96.0%的點分布在平面擬合均方根誤差5 cm的范圍內(nèi)，60.6%的點分布在平面擬合均方根誤差2 cm的范圍內(nèi)，15.97m處平面擬合誤差的均方根值為3.54 cm。綜合2組掃描實驗，無論在室內(nèi)環(huán)境還是室外環(huán)境，掃描系統(tǒng)都可以得到效果良好的點云圖像。在11.4～31.2m的距離范圍內(nèi)，平面擬合均方根誤差為2.05～4.35 cm。說明基于AGC與CFD的激光雷達測距系統(tǒng)可以在三維掃描系統(tǒng)上得到推廣和應(yīng)用。

4 結(jié) 論

本文介紹了一種基于AGC技術(shù)和CFD技術(shù)的激光雷達測距系統(tǒng)。通過AGC技術(shù)和CFD技術(shù)的結(jié)合，有效減小了行走誤差和時間抖動誤差，實現(xiàn)高精度激光測距。結(jié)論如下：

1）AGC技術(shù)為CFD電路提供最佳輸入脈沖，減小了時間抖動誤差和額外行走誤差。CFD技術(shù)幫助TDC芯片獲得穩(wěn)定時刻點，減小了行走誤差。2種技術(shù)的結(jié)合使用有效地提高了測距精密度，靜態(tài)測距實驗結(jié)果驗證了在10～100m的測量范圍內(nèi)，該系統(tǒng)的靜態(tài)測距精密度穩(wěn)定在1.05～2.88 cm。測距準確度校正后的絕對值保持在5 cm以內(nèi)，動態(tài)變化范圍不大，便于系統(tǒng)標定消除系統(tǒng)誤差。

2）該測距系統(tǒng)可以為實驗室自研的三維激光雷達掃描系統(tǒng)提供高精度的測距信息，從而動態(tài)生成高精度點云圖像。通過室內(nèi)室外2組動態(tài)掃描實驗可知，對于三維掃描系統(tǒng)，室內(nèi)環(huán)境和室外環(huán)境都可以得到輪廓清晰的高質(zhì)量點云圖像。對距離出射點11.4～31.2m內(nèi)的室內(nèi)反射板平面擬合均方根誤差為2.05～4.35 cm，距離出射點15.97m處的室外建筑物平面擬合均方根誤差為3.54 cm。測距系統(tǒng)的測距指標為厘米級，滿足三維掃描系統(tǒng)對于測繪應(yīng)用的需求。