【摘要】：在無合作目標(biāo)條件下實(shí)現(xiàn)高精度脈沖激光測距是目前國內(nèi)外研究的一個(gè)熱點(diǎn)問題,可廣泛應(yīng)用于工程建筑、大地測量、安全監(jiān)測等領(lǐng)域,具有非常重要的研究意義和應(yīng)用前景。本文針對脈沖激光測距儀中的高精度時(shí)間間隔測量這一關(guān)鍵技術(shù),提出并研究了基于正弦曲線的高精度時(shí)間間隔測量新方法。分析了因正弦曲線的非線性產(chǎn)生的時(shí)間間隔測量原理誤差,研究了利用多點(diǎn)平均法消除原理誤差的機(jī)理,提出并分析了采用偽隨機(jī)采樣來實(shí)現(xiàn)均勻采樣的技術(shù)。設(shè)計(jì)并研制了以高速A/D和FPGA為核心的硬件電路,包括正弦量化時(shí)鐘信號發(fā)生、掃頻信號發(fā)生、高速AD采集和FPGA等硬件電路,完成了硬件電路的研制和調(diào)試。采用Verilog HDL語言設(shè)計(jì)了FPGA程序,包括控制脈沖激光發(fā)射模塊、時(shí)間間隔測量模塊和數(shù)據(jù)計(jì)算與存儲模塊,完成了各模塊的程序編寫和調(diào)試。對采樣原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)處理,包括奇異點(diǎn)數(shù)據(jù)剔除、數(shù)據(jù)平滑處理、大數(shù)誤差補(bǔ)償和最小二乘法曲線擬合等,最終計(jì)算出了高精度時(shí)間間隔。搭建了實(shí)驗(yàn)裝置,并進(jìn)行了測距實(shí)驗(yàn),測距精度達(dá)到±(3+2ppm),對應(yīng)的時(shí)間間隔測量精度優(yōu)于20ps,結(jié)果表明:本文提出的基于正弦曲線的高精度時(shí)間間隔測量方法原理可行,可用于測繪儀器行業(yè)的高精度脈沖激光測距。
[Abstract]:The realization of high precision pulsed laser ranging without cooperative target is a hot issue at home and abroad. It can be widely used in engineering architecture geodetic survey safety monitoring and so on. It has very important research significance and application prospect. Aiming at the key technology of high precision time interval measurement in pulsed laser rangefinder, a new method of high precision time interval measurement based on sinusoidal curve is proposed and studied in this paper. The principle error of time interval measurement caused by the nonlinearity of sinusoidal curve is analyzed. The mechanism of eliminating the principle error by using multi-point averaging method is studied. The technique of using pseudo-random sampling to realize uniform sampling is put forward and analyzed. The hardware circuits based on high speed A / D and FPGA are designed and developed, including sine quantization clock signal generation, frequency sweep signal generation, high speed AD acquisition and FPGA. The hardware circuit is developed and debugged. The FPGA program is designed by using Verilog HDL language, including the control pulse laser emission module, the time interval measurement module and the data calculation and storage module. The program of each module is programmed and debugged. The sample raw data was preprocessed, including singularity data elimination, data smoothing, large number error compensation and least square curve fitting, etc. Finally, the high-precision time interval was calculated. The experimental device is built and the ranging experiment is carried out. The ranging accuracy is 鹵(3 2ppm), and the corresponding time interval measurement accuracy is better than 20 ps. the results show that the principle of the high precision time interval measurement method based on sinusoidal curve is feasible in this paper. It can be used in surveying and mapping instrument industry high precision pulse laser ranging.
【學(xué)位授予單位】：北京石油化工學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN247

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本文編號：2216675