激光測距技術(shù)是隨著時代進步而發(fā)展的一種精密測量技術(shù),因其具有工作距離遠、抗干擾能力強而廣泛應(yīng)用于軍事、民用、航空航天等領(lǐng)域。本文針對激光測距系統(tǒng)測量精度的影響因素作了全面分析,包括系統(tǒng)探測效率不高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及時間間隔測量精度不高等問題,從而提高測距系統(tǒng)測距精度、簡化系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)并且改善系統(tǒng)穩(wěn)定性。論文在分析了解了幾種常用的激光測距方式及相應(yīng)的優(yōu)缺點后,選擇簡易的脈沖法,根據(jù)激光測距過程設(shè)計了系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)并利用FPGA控制模塊完成對系統(tǒng)內(nèi)部各工作單元的協(xié)調(diào)控制。根據(jù)測距系統(tǒng)的性能要求分別制定了激光發(fā)射單元、激光接收單元以及FPGA時序控制模塊的具體設(shè)計方案。本文首先分析了脈沖測距系統(tǒng)功率,選用波長1064nm的調(diào)Q激光器并設(shè)計其驅(qū)動電路。其次,針對激光測距系統(tǒng)在動態(tài)范圍內(nèi)測量時,工作在線性模式的光電探測器探測效率不高、響應(yīng)度低以及外圍控制電路復(fù)雜的缺陷,利用工作于蓋革模式下高靈敏度的多像素光子計數(shù)器（Multi-Pixel Photon Counter,MPPC）作為探測器進行回波光子信號累加輸出實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。根據(jù)MPPC的工作特性設(shè)計信號放大電路、時刻鑒別電路與脈沖整形電路,實現(xiàn)了非... 

【文章來源】：長春理工大學(xué)吉林省

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 光電探測器件
        1.2.2 時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器
    1.3 論文研究內(nèi)容
第二章 激光測距原理與應(yīng)用
    2.1 脈沖法激光測距
    2.2 相位法激光測距
    2.3 三角法激光測距
    2.4 脈沖法激光測距與相位法激光測距比較
    2.5 小結(jié)
第三章 脈沖激光測距系統(tǒng)方案
    3.1 激光測距系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    3.2 系統(tǒng)功率分析
    3.3 激光發(fā)射單元設(shè)計
        3.3.1 激光器性能參數(shù)分析
        3.3.2 激光器驅(qū)動電路設(shè)計
    3.4 激光接收單元設(shè)計
        3.4.1 單光子探測器選型分析
        3.4.2 MPPC探測原理及主要工作特性研究
        3.4.3 信號放大電路
        3.4.4 時刻鑒別電路
        3.4.5 脈沖整形電路
    3.5 小結(jié)
第四章 激光測距計時單元設(shè)計
    4.1 FPGA開發(fā)流程
    4.2 時間間隔測量方法
        4.2.1 直接計數(shù)法
        4.2.2 時間幅度轉(zhuǎn)換法
        4.2.3 游標卡尺法
        4.2.4 抽頭延遲鏈法
        4.2.5 時間間隔測量方法比較
    4.3 基于嚴格延遲鏈的計數(shù)法
        4.3.1 嚴格延遲鏈計數(shù)法原理
        4.3.2 嚴格延遲鏈計數(shù)法的設(shè)計
    4.4 TDC方案設(shè)計
        4.4.1 信號輸入模塊
        4.4.2 TDC模塊
        4.4.3 上位機軟件處理與顯示
    4.5 小結(jié)
第五章 測距系統(tǒng)功能測試與誤差分析
    5.1 系統(tǒng)測試平臺設(shè)計
        5.1.1 激光控制器設(shè)計
        5.1.2 激光測距系統(tǒng)測試實驗平臺
    5.2 測距系統(tǒng)測試
        5.2.1 激光發(fā)射單元性能測試
        5.2.2 激光接收單元性能測試
        5.2.3 激光測距系統(tǒng)測量測試
    5.3 測距系統(tǒng)誤差分析
    5.4 小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻
攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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[8]基于光子數(shù)可分辨探測技術(shù)的激光測距研究[D]. 王致遠.華東師范大學(xué) 2013
[9]基于TDC與FPGA精密時間測量技術(shù)的研究與應(yīng)用[D]. 楊俊.中國科學(xué)院研究生院(武漢物理與數(shù)學(xué)研究所) 2012
[10]基于時間相關(guān)單光子計數(shù)技術(shù)的激光測距實驗研究[D]. 王瀚基.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2011



本文編號：3197557