物理学 > 光学
[提交于 2025年7月15日
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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
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。
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