Skip to main content
CenXiv.org
此网站处于试运行阶段,支持我们!
我们衷心感谢所有贡献者的支持。
贡献
赞助
cenxiv logo > physics > arXiv:2507.11404v1

帮助 | 高级搜索

物理学 > 光学

arXiv:2507.11404v1 (physics)
[提交于 2025年7月15日 ]

标题: 基于SPAD的dToF LiDAR的距离精度性能界限

标题: Performance Bounds of Ranging Precision in SPAD-Based dToF LiDAR

Authors:Hao Wu, Shiyi Sun, Lijie Zhao, Yingyu Wang, Limin Tong, Linjie Shen
摘要: 基于单光子雪崩二极管探测器(SPAD)的直接飞行时间(dToF)激光雷达已在各种应用中得到广泛采用。 然而,对其基本测距性能极限的全面理论理解——特别是由于系统死时间和光子数分辨架构的潜在优势所导致的退化——仍然不完整。 在本工作中,理论推导了考虑死时间效应的dToF系统的Cramer-Rao下界(CRLB),并将其推广到具有光子数分辨能力的SPAD探测器,进一步通过蒙特卡洛模拟和最大似然估计进行验证。 我们的结果表明,堆积效应不仅减少了单个飞行时间中的信息量,还引入了距离和光子通量率之间的统计耦合,从而进一步降低了测距精度。 所推导的CRLB用于确定产生最佳可实现测距精度的最优光学光子通量、激光脉冲宽度和飞行时间量化分辨率。 分析进一步量化了增加光子数分辨能力所带来的有限性能提升,该提升表现出迅速递减的回报。 这些发现为dToF系统的设计及其最佳工作点的选择提供了理论指导。
摘要: Lidar with direct time-of-flight (dToF) technology based on single-photon avalanche diode detectors (SPAD) has been widely adopted in various applications. However, a comprehensive theoretical understanding of its fundamental ranging performance limits--particularly the degradation caused by pile-up effects due to system dead time and the potential benefits of photon-number-resolving architectures--remains incomplete. In this work, the Cramer-Rao lower bound (CRLB) for dToF systems is theoretically derived accounting for dead time effects, generalized to SPAD detectors with photon-number-resolving capabilities, and are further validated through Monte Carlo simulations and maximum likelihood estimation. Our results reveal that pile-up not only reduces the information contained within individual ToF but also introduces statistical coupling between distance and photon flux rate, further degrading ranging precision. The derived CRLB is used to determine the optimal optical photon flux, laser pulse width, and ToF quantization resolution that yield the best achievable ranging precision. The analysis further quantifies the limited performance improvement enabled by increased photon-number resolution, which exhibits rapidly diminishing returns. These findings provide theoretical guidance for the design of dToF systems and the selection of their optimal operating points.
主题: 光学 (physics.optics)
引用方式: arXiv:2507.11404 [physics.optics]
  (或者 arXiv:2507.11404v1 [physics.optics] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.11404
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)

提交历史

来自: Hao Wu [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2025 年 7 月 15 日 15:23:30 UTC (376 KB)
全文链接:

获取论文:

    查看标题为《》的 PDF
  • 查看中文 PDF
  • 查看 PDF
  • HTML(实验性)
  • TeX 源代码
  • 其他格式
许可图标 查看许可
当前浏览上下文:
physics.optics
< 上一篇   |   下一篇 >
新的 | 最近的 | 2025-07
切换浏览方式为:
physics

参考文献与引用

  • NASA ADS
  • 谷歌学术搜索
  • 语义学者
a 导出 BibTeX 引用 加载中...

BibTeX 格式的引用

×
数据由提供:

收藏

BibSonomy logo Reddit logo

文献和引用工具

文献资源探索 (什么是资源探索?)
连接的论文 (什么是连接的论文?)
Litmaps (什么是 Litmaps?)
scite 智能引用 (什么是智能引用?)

与本文相关的代码,数据和媒体

alphaXiv (什么是 alphaXiv?)
CatalyzeX 代码查找器 (什么是 CatalyzeX?)
DagsHub (什么是 DagsHub?)
Gotit.pub (什么是 GotitPub?)
Hugging Face (什么是 Huggingface?)
带有代码的论文 (什么是带有代码的论文?)
ScienceCast (什么是 ScienceCast?)

演示

复制 (什么是复制?)
Hugging Face Spaces (什么是 Spaces?)
TXYZ.AI (什么是 TXYZ.AI?)

推荐器和搜索工具

影响之花 (什么是影响之花?)
核心推荐器 (什么是核心?)
IArxiv 推荐器 (什么是 IArxiv?)
  • 作者
  • 地点
  • 机构
  • 主题

arXivLabs:与社区合作伙伴的实验项目

arXivLabs 是一个框架,允许合作伙伴直接在我们的网站上开发和分享新的 arXiv 特性。

与 arXivLabs 合作的个人和组织都接受了我们的价值观,即开放、社区、卓越和用户数据隐私。arXiv 承诺这些价值观,并且只与遵守这些价值观的合作伙伴合作。

有一个为 arXiv 社区增加价值的项目想法吗? 了解更多关于 arXivLabs 的信息.

这篇论文的哪些作者是支持者? | 禁用 MathJax (什么是 MathJax?)
  • 关于
  • 帮助
  • contact arXivClick here to contact arXiv 联系
  • 订阅 arXiv 邮件列表点击这里订阅 订阅
  • 版权
  • 隐私政策
  • 网络无障碍帮助
  • arXiv 运营状态
    通过...获取状态通知 email 或者 slack

京ICP备2025123034号