近年来随着激光器的发展,脉冲激光雷达作为激光探测的一个应用方向，无论是户外激光测距望远镜，还是人工智能及自动驾驶领域都有长足的发展与应用。

多脉冲激光测距采用数千赫兹的微焦脉冲激光发射技术，远距离测距时，回波信号十分微弱，达到了光子量级，因此多脉冲激光测距雷达采用高灵敏度的单光子探测技术和基于统计理论的时间相关光子计数法（TCSPC），通过分析返回光子的统计特性计算出目标的时间，进而换算成距离信息。其原理框图如下：

多脉冲测距过程：激光器发射高重复频率的激光脉冲，脉冲Start信号触发激光照射目标的同时也送到光子统计模块的时序控制电路。发射的激光脉冲经发射透镜组进行准直输出，其经过大气传输和目标的反射回到接收光学系统，接收光学系统对回波信号进行收集耦合到光子探测器APD上。探测APD将探测到的光子转换成电流脉冲信号，经过跨阻放大电路放大整形后输出一定幅度和形状的标准电压脉冲信号，供后级光子统计电路接收并进行处理。

多脉冲激光雷达信号是由WRD公司生产的TDC2K8S进行处理， TDC2K8S是一款多脉冲时间测量(TDC)电路，内部集成了多路比较器、大容量RAM、高速dsp、数字滤波器等，从而大大简化了外围电路。TDC2K8S 具有多达2048个脉冲的采样能力、脉冲频率最高可达20khz，具有高速 SPI 通讯接口、以及固定脉冲周期、最大统计、均值比较等多种测量模式，适合于激光雷达和激光测距。

TDC2K8S有一个测量通道，由Start_in(pin39)、 Stop_in(pin41)组成，激光发射脉冲起始信号输入到Start_in引脚，APD回波信号输入到Stop_in引脚。

Start_out(pin40)为Start_in信号同步输出引脚，用于触发激光脉冲的发射。

RST（pin33）为TDC2K8S内部数据复位信号引脚，在开始新的测量前需要进行复位操作。

INT（pin24）为TDC2K8S测量结果中断输出引脚，当有符合设定要求的结果时，会输出一个高电平中断信号。

SPI接口用于设定测量参数与读取测量结果。

CLK（pin16）为TDC2K8S时钟输入引脚，要求为25M有源晶振，其精度会影响测量结果，因此尽量选择精度不低于10ppm的晶振。

APD接收的信号经过阻容时刻鉴别电路进入TDC2K8S的Stop_in(pin41)引脚。

例如：设定脉冲次数为500次，目标重频值250，则设定寄存器0x02为0xFA,0x03为0x1F4。 若设定为固定脉冲周期模式，则设定寄存器0x07为0x01。

此模式下，当脉冲次数到达设定值500次时，TDC2K8S输出INT脉冲，读取寄存器0x01获得测量结果。

若设定为目标重频值模式，则设定寄存器0x07为0x02。此模式下，当目标回波重频值到达设定值250时，TDC2K8S输出INT脉冲，读取寄存器0x01获得测量结果。

5.4脉冲测量开始，start信号输入到TDC2K8S并触发发射激光脉冲，如果设定TDC2K8S寄存器0x06值不为零，则TDC2K8S延迟设定值时间再接收APD信号。此设定可屏蔽雨雾等恶略天气带来的近距离（100-200米）干扰，并且，此设定值可以适当增加探测距离。

5.5APD接收光信号并输入到stop引脚，完成一个脉冲周期测量，等待下一个start信号。

经过多个脉冲周期测量，直到TDC2K8S完成设定值，其INT中断引脚输出中断信号，外部单片机即可通过SPI接口读取测量结果。

本电路在实际探测过程中发现，多种情形下需多种模式综合使用可以达到更好的测量效果。

本设计在以上理论基础上，利用TDC2K8S芯片、STM32单片机、905nm APD、75W SPLLL90-3激光器，使得探测距离由原来800米提高到了2000米，不仅距离有了大幅度增加，且对雨雾天气也有了很强的抗干扰能力，达到了所视即所得的效果。