Analisi sistemi Lidar : time to digital converter e constant fraction discriminator

In recent years, Lidar (Light Detection And Ranging) systems are programmed by a measurement technique suitable for atmospheric aerosol studies and aerial cartography, towards new applications in optomechanical engineering and optoelectronics. Lidar has been a well-known measurement technique since the last century, with established publications and a dense bibliographic corpus. It is based on a simple operating principle: the time count between events produced by the emission and reception of a light signal. This is identified as the Time of Flight Principle (TOF). Lidar is a non-contact telemetry technique, in which an optical signal is projected onto an object, the reflected or backscattered signal is detected and processed to determine the distance; allowing the creation of a 3D point cloud in a part of the unit environment. This thesis project aims to show the implementation of data processing through a Time to Digital Converter (TDC) implemented in FPGA, showing all the processing phases of the incoming information and the achievement of the characteristics necessary for its use. Furthermore, it is necessary to process the signal received through the optical receiver by an electronic circuit necessary for correct interfacing with the FPGA and the TDC. The aim of our project is to detect the time interval between the emission of the laser pulse and its reception through the FPGA and the TDC. The processing circuit that we will analyze has the purpose of making the signal entering the TDC independent of the amplitude of the impulse generated by the optical receiver, through a constant fraction discriminator (CFD) showing its implementation.

Negli ultimi anni, i sistemi Lidar (Light Detection And Ranging) sono programmati da una tecnica di misura adatta per studi di aerosol atmosferici e cartografia aerea, verso nuove applicazioni nell'ingegneria optomeccanica e nell'optoelettronica. Lidar è stata una tecnica di misurazione ben nota dal secolo scorso, con consolidate pubblicazioni e un denso corpus bibliografico. Si basa su un semplice principio di funzionamento: il conteggio del tempo tra eventi prodotti dall'emissione e dalla ricezione di un segnale luminoso. Questo è identificato come il Principio a tempo di volo (TOF). Lidar è una tecnica di telemetria senza contatto, in cui un segnale ottico viene proiettato su un oggetto, il segnale riflesso o retrodiffuso viene rilevato ed elaborato per determinare la distanza; permettendo la creazione di una nuvola di punti 3D in una parte dell’ambiente dell’unità. Questo progetto di tesi ha la finalità di mostrare l'implementazione dell'elaborazione dei dati attraverso un Time to Digital Converter (TDC) implementato in FPGA, mostrando tutte le fasi di elaborazione delle informazioni in arrivo e del raggiungimento delle caratteristiche necessarie per un suo utilizzo .Inoltre è necessario un'elaborazione del segnale, ricevuto attraverso il ricevitore ottico, da parte di un circuito elettronico necessario per il corretto interfacciamento con l'FPGA e il TDC. Lo scopo del nostro progetto è quello di rilevare attraverso l'FPGA e il TDC l'intervallo di tempo intercorso tra l'emissione dell'impulso laser e la sua ricezione. Il circuito di elaborazione che eremo ad analizzare ha lo scopo di rendere indipendente dall'ampiezza dell'impulso generato dal ricevitore ottico il segnale in ingresso al TDC, attraverso un discriminatore a Frazione Costante (CFD) mostrando la sua implementazione.