ToF時間飛行原理技術及應用介紹

招募：光學鏡頭設計、結構設計；市場銷售人員

有意者聯絡樓生：18826013676

TOF（time-of-flight）時間飛行原理。時間飛行原理是指各種測量飛行時間的方法，更確切的是指一個物體或粒子或聲波或電波等其他波類在某種介質內穿越一段距離所用的時間。

TOF 測距方法是 D.McCrady 提出的 , 然而該技術只側重於直接序列擴頻( DSSS)的通信系統。TOF 測距技術可以理解為飛行時差測距( Time of FlightMeasurem ent) 方法, 傳統的測距技術分為雙向測距技術( Two Way Rang ing )和單向測距技術( OneWay Ranging) 。TOF 測距方法屬於雙向測距技術, 它主要利用信號在兩個異步收發機( Transceiver)之間往返的飛行時間來測量節點間的距離。

TOF應用

常見的電磁波的 ToF 主要有下面兩種，一種是基於 ToF 的 3D 相機，另外就與基於高頻的 ToF 的測距。

ToF照相機

ToF 相機，也稱為 3D 相機，可以通過紅外作為光源，然後相機可以測距近距離目標的到相機的距離的點陣。有單點的，也有點陣的，目前市面上最高可以做到 320*240 的點陣。PMD 有一款 19K 的點陣相機，達到 160*120 點陣，每個點包括目標距離相機的距離數據。這樣極大簡化了系統的處理。下圖為一個ToF 相機的圖片。

UWB或 CSS測距

在 802.15.4a 規範中，有兩個物理層可以使用，一個是 IR-UWB，一個是 CSS技術。目前都有對應的晶片提供。CSS 為德國的 Nanotron，IR-UWB 目前主要是愛爾蘭的 Decawave 的 DW1000 晶片。這兩種晶片支持都基於 ToF 的雙向測距，下面就測距進行說明。

TWR（Two Way Range） 雙向測距，有兩種，一種是普通的雙向測距方法，另外一種是對稱雙邊雙向測距。下面分別說明。

TWR

在這種模式下，取決於 Device B 從收到報文到 Ack 的時間差，若這個時間越長，會導致系統的精度也低。同時，Device A、B 的時鐘精度有關，若兩個時鐘精度的偏差為 e A 和 e B ，則帶來的誤差為

從有圖可以看出，若兩個時鐘的誤差偏差為 10 個 PPM，處理時間為 100us，則誤差達到 150cm。

SDSTWR對稱雙邊雙向測距 Symmetric double-sided two-way ranging (SDSTWR)，示意圖如下：

在這個系統中，誤差和 t replyB 有關係，但沒有那麼大，而是

從中可以看出，若兩邊的時鐘偏差為 10PPM，回復時間差為 100us，則誤差不到 8cm，相對 150cm 有質的改善。

下圖是華星智控基於TOF的超寬帶定位基站和定位標籤。

文章來源：北京華星智控

1、浙江藍海光學科技有限公司

光學鏡頭解決方案及生產製造，樓總：18826013676

2、河北瀚考克光電科技有限公司

光學檢測、加工設備解決方案及生產製造，王總：17091090099

3、上海廣神電子有限公司

熱成像shutter，美國FLIR供應商，吳總：13501551929