激光測距技術的高精度、高分辨率和強抗干擾性使其得到了廣泛的關注。在航空航天領域的遠距離目標探測、工業(yè)領域的近距離高可靠性目標探測以及民用高速高精度目標探測等應用中,激光測距系統(tǒng)的測距性能、體積、重量和成本都面臨著巨大的挑戰(zhàn)。為此,本文針對高速激光測距技術展開研究,以在實現大動態(tài)范圍探測的同時,有效解決現有激光測距技術的高成本、大體積、低精度等問題。首先,論文概述了激光測距技術的國內外研究現狀,介紹了實現激光測距的幾種技術手段。在對各技術手段的工作原理和特點進行比較分析的基礎上,本文提出了一種基于高速脈沖調制和回波采樣的激光測距技術。其次,論文通過對激光雷達作用方程的推導,分析了激光測距性能的影響因素,明確了基于高速脈沖調制和回波采樣的激光測距系統(tǒng)的具體設計方案。針對測距系統(tǒng)的實際指標需求,確定了系統(tǒng)中光學系統(tǒng)的設計參數和關鍵器件的型號,并完成了系統(tǒng)硬件設計及各單元電路的設計。為了實現大動態(tài)范圍測距,論文設計的激光測距系統(tǒng)采用高靈敏度單光子探測器MPPC(Multi-Pixel Photon Counter)進行回波信號光的探測。該探測器具有靈敏度高和多回波光子信號累加輸出的特性,是提高...

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【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
1 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 激光測距技術的研究概述
        1.2.1 國外研究概述
        1.2.2 國內研究概述
    1.3 本文研究內容
2 基于高速脈沖調制和回波采樣的激光測距原理
    2.1 激光測距方法
        2.1.1 脈沖激光測距
        2.1.2 干涉式激光測距
        2.1.3 線性調頻式激光測距
        2.1.4 基于相位法的激光測距
        2.1.5 基于光源調制的激光測距
        2.1.6 測距方法的性能比較
    2.2 基于高速脈沖調制和回波采樣的激光測距系統(tǒng)的工作原理
    2.3 激光雷達作用距離方程
        2.3.1 模擬探測中的激光雷達作用距離方程推導
        2.3.2 光子計數探測中的激光雷達作用距離方程推導
    2.4 激光探測性能影響分析
        2.4.1 環(huán)境參數對激光探測的影響
        2.4.2 激光雷達系統(tǒng)信噪比
    2.5 本章總結
3 基于高速脈沖調制和回波采樣的激光測距系統(tǒng)設計
    3.1 光學系統(tǒng)設計
        3.1.1 激光器
        3.1.2 光學發(fā)射系統(tǒng)
        3.1.3 光學接收系統(tǒng)
    3.2 單光子探測器及系統(tǒng)硬件配置
        3.2.1 單光子探測器選型
        3.2.2 FPGA選擇
        3.2.3 光源驅動電路的設計
        3.2.4 探測模塊電路設計
    3.3 軟件信號處理單元的設計
        3.3.1 數據處理的總體設計思路
        3.3.2 高速收發(fā)器
        3.3.3 發(fā)送信號子模塊
        3.3.4 數據接收子模塊
        3.3.5 時間計算子模塊
        3.3.6 距離計算及選取子模塊
    3.4 本章總結
4 基于高速脈沖調制和回波采樣的激光測距系統(tǒng)性能理論分析
    4.1 最大測距能力的分析
    4.2 誤差分析
    4.3 本章總結
5 基于高速脈沖調制和回波采樣的激光測距實驗結果及分析
    5.1 系統(tǒng)測距能力
        5.1.1 系統(tǒng)最大測量距離
        5.1.2 系統(tǒng)最小可測量距離
    5.2 系統(tǒng)測距精度
    5.3 系統(tǒng)測距準確度
    5.4 本章總結
6 總結與展望
    6.1 工作總結
    6.2 展望
參考文獻
致謝
攻讀碩士期間取得的研究成果



本文編號：3846832