Işığın uçuş zamanı ölçümleri temelli lidar

Bu çalışmada, temel olarak ışık uçuş zamanı ölçümlerine (TOF) dayanan bir LiDAR sisteminin nasıl çalıştığı ve nasıl yapılabileceği araştırılmıştır. Daha çok LiDAR sisteminin alıcı devreleri üzerinde durulmuştur. Fotodiyotlar ışığa tepki olarak çok düşük bir akım oluştururlar. Bu düşük fotodiyot akımı hızlı ve gürültüsü az bir şekilde yükseltilmelidir. Bunun için bir trans-empedans yükseltici devresi tasarlandı ve simulasyon sonuçları gösterildi. Trans-empedans yükselticinin (TIA) çıkış gerilimi bir eşik gerilimi ile karşılaştırıp alanda programlanabilir kapı dizleri (FPGA) zamandan dijitale dönüştürücü (TDC)'ın zaman ölçümünü bitirebilmesi için bir bitiş sinyali verilmelidir. Bunun için hızlı ve işlem zamanı sapması düşük bir karşılaştırıcı devresi tasarlandı ve simulasyon sonuçları gösterildi. Işığın uçuş zamanının hesaplanıp hedef nesnenin mesafesinin ölçümü için bir FPGA TDC zamanlayıcı tasarlandı. FPGA TDC zamanlayıcısının test deneyleri yapıldı. Bunun yanında basit ve ucuz bir analog zaman ölçüm devresi önerilmiş ve simulasyonları yapılmıştır. LiDAR sistemleri çok hassas bir zaman ölçümü gerektirir. Elektronik devrelerin işlemlerinden kaynaklanan zaman gecikmelerinin hesaplanması önemlidir. Dedektör akımına bağlı olarak trans-empedans yükseliticilerin işlem süreleri, trans-empedans yükselticilerin çıkış gerilimlerine bağlı olarak da komparatör devrelerinin işlem süreleri değiştiği simulasyon sonuçları ile gösterilmiştir. Aynı mesafedeki yansıtıcılıkları farklı olan iki hedefin LiDAR sistemleri tarafından farklı mesafelerde olarak algılanabileceği simulasyon sonuçları ile gösterilmiştir. Özet olarak LiDAR sistemleri için hassas bir zaman ölçümünün nasıl gerçekleştirelebileceği araştırılmış ve simulasyon sonuçları ile desteklenmiştir.