【摘要】：隨著激光技術(shù)、嵌入式技術(shù)和集成光學的發(fā)展,激光測距正朝著數(shù)字化、自動化、低成本、小型化的方向發(fā)展。激光測距具有測量精確度高、測量速度快、抗干擾能力強、體積小、重量輕和安裝調(diào)整方便等一系列優(yōu)點,可用于測量長度、距離、速度、時間等,其測量精度比一般儀器精度高1至2個數(shù)量級,其應用范圍也越來越廣,是目前高精度測距最理想的方式之一。針對采用光子計數(shù)的高速偽隨機碼調(diào)制激光測距,開發(fā)了基于高性能FPGA的電子學系統(tǒng)。該系統(tǒng)將偽隨機碼調(diào)制信號發(fā)送、光子數(shù)據(jù)接收、累加運算、互相關(guān)運算、距離信息提取、編碼器脈沖計數(shù)、波形數(shù)據(jù)輸出及網(wǎng)絡(luò)通信等功能集成在單個Altera公司的Stratix IV系列FPGA芯片中。目前1550nm的激光器技術(shù)已非常成熟,其激光脈沖重復頻率可達10KHz。為適應激光器技術(shù)的發(fā)展,本設(shè)計中偽隨機碼發(fā)送和光子數(shù)據(jù)接收模塊的重復頻率達到10KHz,偽隨機碼調(diào)制速率和光子數(shù)據(jù)采樣頻率達到1GHz。接收的碼元經(jīng)過10次累加和閾值比較后,利用1024個并行的同或邏輯實現(xiàn)互相關(guān)運算�；ハ嚓P(guān)運算和距離信息提取的重復頻率為1KHz。實驗室及整機現(xiàn)場測試結(jié)果表明,系統(tǒng)達到了設(shè)計要求。論文主要包括五個部分：選題背景及意義、系統(tǒng)硬件設(shè)計、系統(tǒng)軟件設(shè)計和系統(tǒng)測試。論文的第一部分首先對激光測距技術(shù)進行了介紹,同時介紹了偽隨機碼調(diào)制激光測距的原理并分析了選題的意義。論文的第二部分主要介紹了偽隨機碼調(diào)制激光測距雷達電子學系統(tǒng)的硬件設(shè)計,主要介紹了各功能模塊之間的接口設(shè)計,根據(jù)偽隨機碼調(diào)制激光測距雷達功能需求及性能要求,確定了系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案,簡單介紹了系統(tǒng)硬件主要芯片的選型,并對各模塊的硬件電路的設(shè)計進行了介紹。論文的第三部分論述了FPGA邏輯設(shè)計和Nios II系統(tǒng)設(shè)計,是論文的關(guān)鍵部分,FPGA的邏輯設(shè)計主要完成偽隨機碼調(diào)制激光測距雷達的數(shù)據(jù)采集及運算處理,是設(shè)計的難點。論文的第四部分論述了系統(tǒng)的測試,包括實驗室測試和整機現(xiàn)場測試,并對測試數(shù)據(jù)進行了分析。最后,論文的第五部分對論文的成果進行了總結(jié),并指出了論文的不足之處。
[Abstract]:With the development of laser technology, embedded technology and integrated optics, laser ranging is developing towards digitalization, automation, low cost and miniaturization. Laser ranging has a series of advantages, such as high measurement accuracy, fast measuring speed, strong anti-interference ability, small volume, light weight and convenient installation and adjustment. It can be used to measure length, distance, speed, time, etc. Its measuring accuracy is 1 to 2 orders of magnitude higher than that of general instruments, and its range of application is more and more extensive, so it is one of the most ideal methods of high precision ranging at present. An electronic system based on high performance FPGA is developed for high speed pseudorandom code modulation laser ranging based on photon counting. In this system, pseudorandom code modulation signals are transmitted, photonic data received, cumulative operations, cross-correlation operations, distance information extracted, encoder pulse counting, Waveform data output and network communication are integrated into Stratix IV series FPGA chips of a single Altera company. At present, the laser technology of 1550nm is very mature, and the repetition rate of laser pulse can reach 10 kHz. In order to adapt to the development of laser technology, the repetition rate of pseudorandom code transmission and photonic data receiving module is up to 10kHz, the modulation rate of pseudorandom code and the sampling frequency of photonic data are up to 1GHz. After 10 accumulations and threshold comparisons, the received symbols are cross-correlated by 1024 parallel identical or logic. The repetition rate of cross-correlation operation and distance information extraction is 1kHz. The field test results of the laboratory and the whole machine show that the system meets the design requirements. The thesis mainly includes five parts: background and significance, system hardware design, system software design and system test. In the first part of the thesis, the laser ranging technology is introduced, and the principle of pseudorandom code modulation laser ranging is introduced and the significance of the topic is analyzed. The second part of the thesis mainly introduces the hardware design of the pseudorandom code modulated laser ranging radar electronic system, mainly introduces the interface design of each function module, according to the function requirement and performance requirement of pseudorandom code modulated laser ranging radar. The hardware design scheme of the system is determined, the selection of the main chips of the system hardware is briefly introduced, and the design of the hardware circuit of each module is introduced. The third part of this paper discusses the design of FPGA logic and Nios II system, which is the key part of this paper. It mainly completes the data acquisition and processing of pseudorandom code modulated laser ranging radar, which is the difficulty of the design. The fourth part of the paper discusses the system test, including the laboratory test and the whole machine field test, and analyzes the test data. Finally, the fifth part of the paper summarizes the results of the paper and points out the shortcomings of the paper.
【學位授予單位】：中國海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN958.98

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本文編號：2240663