【摘要】：激光雷達(dá)是激光技術(shù)與光電技術(shù)和信息處理技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。激光雷達(dá)是利用激光進(jìn)行探測(cè)和測(cè)量,與無(wú)源電光傳感器或微波雷達(dá)相比,激光雷達(dá)分辨率高、工作頻率高、隱蔽性好、體積小、重量輕、可靠性高,抗有源干擾的能力很強(qiáng),因此更具競(jìng)爭(zhēng)性。激光雷達(dá)可快速、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確采集和處理大量數(shù)據(jù),是重要的遙感技術(shù)之一,可用于各種距離測(cè)量,方位探測(cè),高度測(cè)量,三維成像等,在軍事和民用領(lǐng)域,空間和地面都有著廣泛的應(yīng)用。激光雷達(dá)基本由發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)組成。本文重點(diǎn)研究和設(shè)計(jì)了一種可接收多路回波信號(hào)的激光雷達(dá)信號(hào)并行處理系統(tǒng)。根據(jù)激光雷達(dá)通過(guò)測(cè)距成距離像的原理,采用基于飛行時(shí)間的測(cè)距技術(shù),構(gòu)建了激光回波信號(hào)處理的硬件架構(gòu),包括激光回波信號(hào)探測(cè)系統(tǒng)、微弱信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)、計(jì)時(shí)系統(tǒng)和距離像顯示系統(tǒng)。采用雪崩光電二極管陣列作為光電探測(cè)器,將激光回波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。由于轉(zhuǎn)換出的電信號(hào)很微弱,通過(guò)采用跨阻放大器和電壓放大器等弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù),把激光回波信號(hào)進(jìn)行放大處理。采用前沿時(shí)刻鑒別法,通過(guò)電壓比較器確定回波信號(hào)的到達(dá)時(shí)間,為后續(xù)計(jì)時(shí)電路接收信號(hào)做好準(zhǔn)備。采用FPGA實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)、控制激光發(fā)射和向上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)等功能。計(jì)時(shí)模塊采用數(shù)字技術(shù)由高速并行計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn),可準(zhǔn)確記錄發(fā)射的激光脈沖和激光回波脈沖間的時(shí)間間隔,為測(cè)距和成距離像提供數(shù)據(jù)。FPGA通過(guò)USB接口向上位機(jī)傳送數(shù)據(jù),在上位機(jī)中通過(guò)軟件開(kāi)發(fā)可實(shí)現(xiàn)脈沖激光雷達(dá)的距離像。所完成的激光雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)經(jīng)仿真驗(yàn)證表明,可實(shí)現(xiàn)64路激光回波信號(hào)的并行處理,測(cè)距最大距離為3km,精度為小于0.5m,可實(shí)現(xiàn)激光雷達(dá)的距離成像,該系統(tǒng)全部采用通用元器件搭建,并具有可擴(kuò)展的優(yōu)點(diǎn)。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文生電路接收到 start/stop 信號(hào)后，產(chǎn)生 PULSE 信號(hào)，PULSE 信號(hào)的寬度與 start/stop信號(hào)到第二個(gè)最近參考時(shí)鐘脈沖的時(shí)間間隔成正比。這樣 PULSE 信號(hào)具有一個(gè)參考時(shí)鐘周期的最小寬度和兩個(gè)周期的最大寬度。PULSE 信號(hào)由 TAC 轉(zhuǎn)換為電壓TAC_OUTPUT，，然后由 ADC 轉(zhuǎn)換為 16 位數(shù)字字，處理前存儲(chǔ)在 FPGA 內(nèi)的緩沖區(qū)中，處理后的數(shù)據(jù)經(jīng) USB 送入計(jì)算機(jī)。FPGA 還負(fù)責(zé)計(jì)算 start 和 stop 信號(hào)到達(dá)之間參考時(shí)鐘周期的數(shù)量。該 TDC 精度為 0.17ps，最大測(cè)量速率為 200Hz。

之間參考時(shí)鐘周期的數(shù)量。該 TDC 精度為 0.17ps，最大測(cè)量速率為 200Hz。圖 1-1 TDC 功能框圖[14]2017 年芬蘭報(bào)道了一款為激光測(cè)距儀接收信號(hào)通道設(shè)計(jì)的專用芯片[15]，由全差分跨導(dǎo)放大器和定時(shí)鑒別器組成，如圖 1-2 所示虛線包圍的區(qū)域，該芯片由0.35μm CMOS 工藝實(shí)現(xiàn)。激光脈沖回波信號(hào)經(jīng)接收通道放大進(jìn)入后級(jí)的多通道時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器（TDC），TDC 用于測(cè)量發(fā)射和接收的激光脈沖之間的時(shí)間間隔。該設(shè)計(jì)適合毫米-厘米級(jí)精確度數(shù)十米范圍內(nèi)非合作目標(biāo)的測(cè)距。研究人員表示后續(xù)會(huì)把接收器通道與 TDC 集成在一塊芯片上，進(jìn)一步減小信號(hào)處理電路的體積。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN958.98

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2596354