激光測距是利用激光進(jìn)行距離測量,是常用的測距技術(shù)之一。目前,激光測距技術(shù)已在農(nóng)業(yè)、工業(yè)以及航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨著工業(yè)的快速發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步,激光測距技術(shù)不斷革新,其測距性能也更加優(yōu)越。針對(duì)遠(yuǎn)程測距的應(yīng)用需求,本文首先詳細(xì)介紹了激光測距技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,論述了激光測距的實(shí)現(xiàn)方法,并對(duì)各方法進(jìn)行了分析和比較。相較于其他波段,以1064nm波段為代表的近紅外激光具有相同單脈沖能量下光子數(shù)多、大氣透過率高、激光功率大等特點(diǎn),有利于遠(yuǎn)程測距中回波信號(hào)的識(shí)別。為此,針對(duì)遠(yuǎn)程激光測距在探測效率、靈敏度和測距精度、系統(tǒng)體積和功耗約束等方面普遍存在的問題,本文選用1064nm固體激光器和InGaAs/InP單光子探測器作為主要器件,基于光子計(jì)數(shù)技術(shù)搭建了一套用于遠(yuǎn)距離測量的激光測距系統(tǒng),并對(duì)系統(tǒng)各組成單元的功能、器件選型和電路模塊設(shè)計(jì)等實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行了詳細(xì)闡述。為了消除太陽背景光等噪聲對(duì)測距性能的影響,本文綜合利用距離選通、光譜濾波、空間濾波以及信號(hào)相關(guān)處理等技術(shù),分別從硬件和軟件兩方面著手,有效提高了系統(tǒng)的測距能力。在測距系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)確定之后,本文對(duì)該系統(tǒng)的測距性能進(jìn)行了數(shù)值分析和... 

【文章來源】：東華大學(xué)上海市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

相位式激光測距工作原理

基于光子計(jì)數(shù)的遠(yuǎn)程激光測距技術(shù)研究16統(tǒng)的集成度和系統(tǒng)零部件的穩(wěn)定性，減小了系統(tǒng)的體積。激光器驅(qū)動(dòng)激光器模塊接收系統(tǒng)模塊探測器FPGA總控模塊電平轉(zhuǎn)換模塊電源模塊高壓與溫控模塊圖3.4遠(yuǎn)程測距設(shè)計(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖圖3.4所示為遠(yuǎn)程激光測距系統(tǒng)的模裝圖，根據(jù)該系統(tǒng)各組成部分的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行劃分，測距系統(tǒng)包括電源模塊、FPGA總控模塊、回波信號(hào)接收系統(tǒng)模塊、電平轉(zhuǎn)換模塊、探測器模塊、激光器模塊以及上位機(jī)模塊等部分。在實(shí)現(xiàn)測距系統(tǒng)時(shí)，本文將分別從硬件和軟件兩方面著手，依次闡述各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)方式及相關(guān)器件的選型，并利用相關(guān)開發(fā)軟件和測試平臺(tái)對(duì)測距系統(tǒng)的通信和數(shù)據(jù)處理的相關(guān)算法進(jìn)行功能實(shí)現(xiàn)和仿真。3.3硬件部分3.3.1電源模塊電源模塊是為測距系統(tǒng)中的激光器、FPGA等各功能模塊提供直流工作電壓的單元。由于測距系統(tǒng)中的激光器模塊的供電電壓為＋24V，F(xiàn)PGA總控模塊、電平轉(zhuǎn)換模塊和整形模塊所需的供電電壓為＋5V。因此，在給測距系統(tǒng)提供一個(gè)24V的外部直流電源的同時(shí)，還需設(shè)計(jì)一個(gè)＋24V轉(zhuǎn)＋5V的電壓轉(zhuǎn)換電路。圖3.5DC-DC電源模塊原理圖

基于光子計(jì)數(shù)的遠(yuǎn)程激光測距技術(shù)研究19生產(chǎn)的EO-1064-H型固體激光器，如圖3.6所示，激光器的主要性能參數(shù)指標(biāo)如表3.1所示。激光器驅(qū)動(dòng)模塊激光發(fā)射系統(tǒng)圖3.6激光器該激光器的中心波長為1064.696nm，位于大氣窗口內(nèi)，平均功率為506.4mW，激光重頻為1kHz，能夠滿足30km的測距需求。該激光器驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)有RS232通信接口、外控輸入信號(hào)接口、Q觸發(fā)信號(hào)輸出接口、LD信號(hào)輸出接口，允許通過調(diào)Q技術(shù)提高其發(fā)射激光功率；并且，通過RS232通信接口，測距系統(tǒng)的總控模塊可以與該激光器模塊進(jìn)行控制信號(hào)、溫度特性等信息的傳遞。表3.1激光器的性能參數(shù)參數(shù)指標(biāo)中心波長1064.696nm平均功率506.4mW@1kHz光斑直徑（擴(kuò)束后）~12mm發(fā)散角~0.2mrad重復(fù)頻率1kHz脈沖寬度9.909ns@1kHzJitter445.5ps工作溫度15-30℃供電電源DC24V激光頭體積263mm×185mm×87mm3.3.3回波信號(hào)接收模塊本小節(jié)主要分為三個(gè)部分：首先，對(duì)傳統(tǒng)線性激光測距的光學(xué)接收單元進(jìn)行了分析和比較，并設(shè)計(jì)完成了本文的測距系統(tǒng)的回波信號(hào)接收光路；其次，確定了回波信號(hào)接收光路的相關(guān)器件型號(hào)；最后，介紹了接收視場角和測距系統(tǒng)光學(xué)

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