本文關(guān)鍵詞：激光雷達回波信號多通道高速并行采集系統(tǒng)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在激光測距系統(tǒng)、激光三維雷達成像系統(tǒng)、立體顯示、視頻監(jiān)控、生物醫(yī)學(xué)工程等研究領(lǐng)域中,數(shù)據(jù)大規(guī)模高速采集、存儲并傳輸分析的應(yīng)用范圍越來越廣泛,提出的性能指標也越來越高。而隨著技術(shù)設(shè)計方案的優(yōu)化、FPGA顆粒芯片成本的降低、以及ASIC集成芯片工藝技術(shù)的發(fā)展,基于FPGA硬件平臺的搭建,并以此為基礎(chǔ)完成數(shù)據(jù)采集,數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)預(yù)處理的方法得到越來越多公司以及研究機構(gòu)的認可。性能優(yōu)異的數(shù)據(jù)采集設(shè)備作為激光三維雷達成像系統(tǒng)的重要組成部分,起著至關(guān)重要的作用,它完成了激光雷達成像系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡娜蝿?wù),從而為后期的基于CDMA算法的數(shù)據(jù)處理工作奠定了基礎(chǔ)。因此,研發(fā)出一整套高速實時、集成度高、可擴展性強的大規(guī)模數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有十分重要的意義與價值。本文介紹了國內(nèi)外激光三維成像雷達技術(shù)的研究背景,激光三維成像雷達是攝影成像技術(shù)與距離探測技術(shù)的相結(jié)合后的產(chǎn)物。通過對目標一維信息的成像,并通過測量平臺的另一維平移來實現(xiàn)二維信息、的獲取,加之利用激光的飛行時間得到的距離信息得到目標完整的三維信息。最后借助現(xiàn)代計高速算機技術(shù)將現(xiàn)實世界中得到的信息在虛擬的三維坐標空間內(nèi)逆向重建再現(xiàn)目標的空間三維特征。激光三維雷達作為當前三維信息獲取最快捷有效的技術(shù)手段之一,其在軍事偵察、災(zāi)害救援、數(shù)字城市以及農(nóng)林生態(tài)等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。本文根據(jù)激光三維成像雷達系統(tǒng)中的應(yīng)用需求,研究了激光三維成像雷達中的多通道高速數(shù)據(jù)采集技術(shù)。激光三維成像雷達中的多通道高速采集系統(tǒng)采用高速多通道ADC實現(xiàn)多路回波的并行采集。選用Xilinx公司的FPGA乍為采集系統(tǒng)的核心控制硬件平臺,并且實現(xiàn)了多通道脈沖激光回波的數(shù)據(jù)同步算法、跨時鐘域數(shù)據(jù)處理及緩存處理、基于FPGA青細延遲單元的內(nèi)光路矯正算法、千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸和ADC芯片配置的功能,其中基于FPGA精細延遲單元的TDC設(shè)計對整個系統(tǒng)至關(guān)重要,解決了脈沖的觸發(fā)信號和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)內(nèi)部時鐘邊沿的精確測量問題。另外,本論文在研發(fā)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的相關(guān)算法及處理的同時,還提供了完整的驗證方案,采用modelsim、matlab等仿真軟件,為激光三維成像雷達多通道采集系統(tǒng)搭建了簡單高效的驗證平臺,采用模擬激勵信號、斷言驗證等驗證手段,縮短了研發(fā)周期,保證了系統(tǒng)代碼的穩(wěn)定性。本論文提出的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及相應(yīng)的激光內(nèi)光路矯正算法均經(jīng)過硬件選型、算法設(shè)計、RTL級代碼編寫、軟件測試和實驗結(jié)果的優(yōu)化與分析。經(jīng)實際實驗結(jié)果檢驗,基于FPGA采數(shù)據(jù)集系統(tǒng)具有實時處理、高集成度、可擴展升級、性價比高的優(yōu)點,可以廣泛應(yīng)用于其它領(lǐng)域,可用價值較高。
【關(guān)鍵詞】：高速數(shù)據(jù)采集 邏輯設(shè)計 FPGA 多通道 AD轉(zhuǎn)換器 TDC算法
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN958.98
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-35
• 1.1 激光三維成像雷達技術(shù)研究背景9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-14
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀9-12
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 激光三維成像雷達采集系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計14-15
• 1.4 高速采集技術(shù)設(shè)計的難點15-33
• 1.4.1 數(shù)字邏輯設(shè)計難點16-29
• 1.4.2 跨時鐘域設(shè)計29-32
• 1.4.3 復(fù)位設(shè)計32-33
• 1.5 本論文的研究內(nèi)容及章節(jié)安排33-35
• 第二章 激光三維成像雷達多通道高速采集系統(tǒng)35-54
• 2.1 多通道高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計35-48
• 2.1.1 AD采集模塊的設(shè)計36-48
• 2.2 基于TCP/IP的千兆網(wǎng)口數(shù)據(jù)上傳48-54
• 2.2.1 TCP連接方式48-50
• 2.2.2 W5300芯片時序分析50-51
• 2.2.3 以人網(wǎng)通信的總體流程51-54
• 第三章 基于FPGA精細延遲單元的TDC矯正算法設(shè)計54-64
• 3.1 激光雷達系統(tǒng)中TDC的必要性54-56
• 3.2 信號延遲分析56-57
• 3.3 基于精細延時單元IODELAY的TDC57-59
• 3.4 TDC延時矯正單元的選擇59-61
• 3.5 TDC精細延遲單元手動布局布線實驗分析61-64
• 第四章 基于精細延遲單元的TDC校準實驗64-67
• 4.1 校準實驗場景64-65
• 4.2 TDC校準實驗分析以及總結(jié)65-67
• 第五章 總結(jié)與展望67-69
• 5.1 全文總結(jié)67-68
• 5.2 今后研究方向68-69
• 參考文獻69-72
• 致謝72-73
• 攻讀碩士學(xué)位期間科研成果73-74

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 彭正楓;王元慶;;基于FPGA精細延遲單元的TDC算法設(shè)計[J];光電子技術(shù);2015年03期

2 彭正楓;楊晶;王元慶;;基于TDC算法的激光內(nèi)光路精細矯正[J];光電子技術(shù);2015年02期

3 肖漢波;;基于EV10AQ190的高速ADC接口設(shè)計[J];電子器件;2015年03期

4 辛文輝;華燈鑫;李仕春;宋躍輝;周智榮;;激光雷達多通道高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計[J];量子電子學(xué)報;2014年03期

5 吳麗娟;李麗;任熙明;;蓋革模式APD陣列激光雷達的三維成像仿真[J];紅外與激光工程;2011年11期

6 張品;葉們;曾浩;;基于高速串行ADC的并行采集模塊設(shè)計[J];電子測量技術(shù);2011年09期

7 李武杰;鄭晟;陳文輝;;Ethernet/IP工業(yè)以太網(wǎng)的研究及應(yīng)用[J];電子設(shè)計工程;2011年09期

8 胡昌順;高嵩;吳春瑜;張文婧;;SOC設(shè)計中多bits數(shù)據(jù)跨時鐘域的解決方法[J];遼寧大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2011年01期

9 張藝瀕;張志斌;趙詠;郭莉;;TCP與UDP網(wǎng)絡(luò)流量對比分析研究[J];計算機應(yīng)用研究;2010年06期

10 仲建鋒;胡慶生;孫遠;;基于FPGA的多路高速串并轉(zhuǎn)換器設(shè)計[J];電子器件;2008年02期

  本文關(guān)鍵詞：激光雷達回波信號多通道高速并行采集系統(tǒng)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：438233