發(fā)布時(shí)間：2017-05-04 01:09

  本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的多脈沖激光測(cè)距技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：脈沖激光測(cè)距是目前遠(yuǎn)距離測(cè)距中應(yīng)用最廣泛的測(cè)距技術(shù),傳統(tǒng)激光測(cè)距機(jī)多采用模擬電路,結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單,但抗干擾能力差,在惡劣天氣、復(fù)雜背景的環(huán)境下探測(cè)時(shí),容易出現(xiàn)“虛警”或“漏檢”現(xiàn)象,且測(cè)距精度較低。本文圍繞著如何在激光測(cè)距機(jī)數(shù)字化、小型化、輕量化的前提下實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)測(cè)距,并且有較高精度展開(kāi)了研究。研究了激光測(cè)距的基本原理,介紹了脈沖激光測(cè)距的作用距離方程和信噪比方程,根據(jù)統(tǒng)計(jì)檢測(cè)理論計(jì)算了滿足虛警概率和探測(cè)概率要求所需的最小信噪比和閾噪比。并為了滿足課題需求,本文設(shè)計(jì)了兩種測(cè)距模式,近程模式和遠(yuǎn)程模式。遠(yuǎn)程模式測(cè)距時(shí),針對(duì)激光回波信號(hào)微弱信噪比低,回波脈沖信號(hào)難以檢測(cè)的問(wèn)題,本文研究了微弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)的理論和實(shí)現(xiàn),采用多脈沖探測(cè),提出了一種基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)的多脈沖微弱信號(hào)處理方法,重點(diǎn)研究了累加平均算法,經(jīng)過(guò)理論推導(dǎo)和Matlab環(huán)境下模擬多脈沖測(cè)距實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明多脈沖累加平均利用信號(hào)相關(guān)而噪聲不相關(guān)的特性,累加N次,能使信噪比提高N倍,恢復(fù)回波脈沖波形。搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái),為了確定回波脈沖的精確位置,對(duì)回波脈沖進(jìn)行窗口為5的中值濾波處理,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,該算法能夠增大測(cè)程,測(cè)程1400m,誤差小于1m。近程模式測(cè)距時(shí),只要能探測(cè)到回波脈沖,就可直接測(cè)量發(fā)射脈沖與回波脈沖的時(shí)間差,時(shí)間間隔測(cè)量精度決定了測(cè)距精度,提出了一種基于時(shí)鐘內(nèi)插技術(shù)的高精度時(shí)間間隔測(cè)量方法,利用FPGA內(nèi)部鎖相環(huán)產(chǎn)生5路同頻率400MHz,相位均勻分布的時(shí)鐘信號(hào)作為內(nèi)插時(shí)鐘,實(shí)驗(yàn)表明,測(cè)時(shí)分辨率250ps,誤差小于10cm。
【關(guān)鍵詞】：脈沖激光測(cè)距 累加平均 時(shí)鐘內(nèi)插技術(shù) FPGA
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TN249
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 緒論7-13
• 1.1 課題背景和意義7
• 1.2 現(xiàn)有激光測(cè)距技術(shù)概述7-10
• 1.3 課題研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)10-12
• 1.4 研究?jī)?nèi)容與論文安排12-13
• 第二章 脈沖激光測(cè)距原理分析13-22
• 2.1 脈沖激光測(cè)距的基本原理13
• 2.2 作用距離方程13-15
• 2.3 APD探測(cè)器的輸出噪聲和信噪比分析15-17
• 2.3.1 信號(hào)光電流16
• 2.3.2 APD輸出的噪聲電流16-17
• 2.4 單脈沖探測(cè)的虛警概率和探測(cè)概率17-18
• 2.5 脈沖激光測(cè)距誤差分析18-21
• 2.5.1 系統(tǒng)誤差分析19-20
• 2.5.2 偶然誤差分析20-21
• 2.6 本章小結(jié)21-22
• 第三章 測(cè)距系統(tǒng)中高精度時(shí)間間隔測(cè)量的研究22-32
• 3.1 時(shí)間測(cè)量方法論述22-26
• 3.2 高精度時(shí)間間隔測(cè)量單元設(shè)計(jì)26-31
• 3.2.1 測(cè)量原理分析26-28
• 3.2.2 測(cè)時(shí)單元整體設(shè)計(jì)及仿真28-30
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析30-31
• 3.3 本章小結(jié)31-32
• 第四章 多脈沖激光信號(hào)的處理算法32-41
• 4.1 微弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)概述32-35
• 4.1.1 窄帶濾波法32
• 4.1.2 調(diào)制放大、解調(diào)32-33
• 4.1.3 鎖定放大器33
• 4.1.4 相關(guān)檢測(cè)33-34
• 4.1.5 取樣積分和數(shù)字累加平均法34-35
• 4.2 多脈沖激光測(cè)距的原理35
• 4.3 多脈沖累加平均效果理論推導(dǎo)35-37
• 4.4 多脈沖累加平均仿真驗(yàn)證37-40
• 4.4.1 仿真模型及計(jì)算37-40
• 4.4.2 仿真結(jié)果與分析40
• 4.5 本章小結(jié)40-41
• 第五章 基于FPGA的數(shù)字累加平均技術(shù)設(shè)計(jì)41-48
• 5.1 高速A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)41-43
• 5.1.1 AD9286芯片介紹41-42
• 5.1.2 A/D驅(qū)動(dòng)模塊的FPGA設(shè)計(jì)42
• 5.1.3 A/D的時(shí)鐘配置模塊42-43
• 5.2 基于FPGA的技術(shù)方法及編程原理43-44
• 5.3 FPGA內(nèi)部雙口RAM緩存累加控制模塊原理及仿真驗(yàn)證44-47
• 5.4 本章小結(jié)47-48
• 第六章 測(cè)距機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與分析48-56
• 6.1 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的搭建48-49
• 6.2 近距離測(cè)距實(shí)驗(yàn)與分析49-51
• 6.2.1 實(shí)驗(yàn)原理與方法49-50
• 6.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與誤差分析50-51
• 6.3 遠(yuǎn)距離測(cè)距實(shí)驗(yàn)與分析51-55
• 6.3.1 實(shí)驗(yàn)原理與方法51-53
• 6.3.2 局部中值濾波53-54
• 6.3.3 時(shí)刻鑒別54-55
• 6.4 本章小結(jié)55-56
• 第七章 總結(jié)與展望56-57
• 致謝57-58
• 參考文獻(xiàn)58-61
• 作者簡(jiǎn)介61
• 攻讀碩士學(xué)位期間研究成果61

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