本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的激光雷達(dá)回波信號(hào)采集卡設(shè)計(jì)　出處：《中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 激光雷達(dá) FPGA 模數(shù)轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)采集 累加平均技術(shù)

【摘要】：激光雷達(dá)是一種主動(dòng)向目標(biāo)物發(fā)射激光光束,然后通過采集和分析目標(biāo)物反射的回波信號(hào)來得到目標(biāo)物信息的主動(dòng)遙感探測(cè)設(shè)備�；夭ㄐ盘�(hào)數(shù)據(jù)采集設(shè)備是激光雷達(dá)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分,為了提高信噪比,回波信號(hào)數(shù)據(jù)采集設(shè)備應(yīng)當(dāng)具有濾波和高速數(shù)據(jù)累加功能,為了滿足不同重復(fù)頻率激光雷達(dá)的探測(cè)需求,累加過程的采集深度和累加次數(shù)等參數(shù)應(yīng)當(dāng)是可配置的。本文使用FPGA作為主控設(shè)備,設(shè)計(jì)了一個(gè)采樣率為20MHz,具有濾波和硬件累加功能,且參數(shù)可配置的通用回波信號(hào)采集卡,具體的設(shè)計(jì)內(nèi)容如下:1.首先分析了激光雷達(dá)回波信號(hào)中包括的主要噪聲成分及其特性,推導(dǎo)了累加平均法對(duì)信噪比的改善程度,并給出了回波信號(hào)累加的三種方法。2.接著介紹了采集卡的硬件設(shè)計(jì),其中對(duì)模擬板卡中的模數(shù)轉(zhuǎn)化電路及其外圍電路、信號(hào)調(diào)理電路、電平轉(zhuǎn)換電路、RS232接口電路以及電源電路的設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的說明,此外還簡(jiǎn)要說明了數(shù)字板卡的結(jié)構(gòu)和功能;3.然后給出FPGA的邏輯設(shè)計(jì)。這里介紹了 FPGA項(xiàng)目設(shè)計(jì)的方法與流程、給出了項(xiàng)目的頂層模塊設(shè)計(jì)、分別詳細(xì)介紹了 FPGA各個(gè)功能模塊的結(jié)構(gòu)原理和功能仿真的結(jié)果,并給出了整個(gè)邏輯設(shè)計(jì)時(shí)序仿真的波形圖。4.最后對(duì)采集卡進(jìn)行測(cè)試,包括對(duì)硬件累加功能、信噪比和帶寬等性能參數(shù)的測(cè)試、在激光雷達(dá)平臺(tái)上進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試以及與Licel的瞬態(tài)記錄儀的對(duì)比測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明,該采集卡實(shí)現(xiàn)了基本的參數(shù)配置功能和累加功能,其信噪比為71.9dB。與國(guó)外某回波信號(hào)數(shù)據(jù)采集設(shè)備相比,該采集卡在高重復(fù)頻率激光雷達(dá)中具有更遠(yuǎn)的探測(cè)距離和更高的信噪比。
[Abstract]:Laser radar is a kind of active remote sensing device that actively launches the laser beam to the target, and then obtains the target information by collecting and analyzing the echo signal reflected by the target. Echo signal data acquisition equipment is the key part of the laser radar system, in order to improve the SNR of echo signal, filtering and data acquisition equipment should have high speed data accumulation function, in order to meet the needs of different frequency detection laser radar, sampling depth and cumulative number of parameters such as accumulation process should be configured. This paper uses FPGA as the main control device, designed a sampling rate of 20MHz, with the hardware filter and the accumulation function, and the parameters of general echo signal acquisition card can be configured, the design of specific content as follows: 1. the first analysis of the laser radar echo signal including the main noise components and its characteristics, deduced the cumulative average method to the improvement of the signal-to-noise ratio, and gives three kinds of method of echo signal accumulation. 2. then introduced the hardware design of data acquisition card, the conversion circuit and its peripheral circuit, signal conditioning circuit, voltage conversion circuit, RS232 interface circuit and power circuit design in detail on the board in the simulation module, in addition to a brief description of the structure and function of digital board card; logic design 3. and then FPGA the. This paper introduces the method and process of FPGA project design, gives the top-level module design of the project, introduces the structure principle and functional simulation results of each functional module of FPGA in detail, and gives the waveform diagram of the whole logic design timing simulation. 4., the final collection card is tested, including hardware accumulation function, signal to noise ratio and bandwidth and other performance parameters, on-site testing on the lidar platform and comparison test with Licel transient recorder. The test results show that the acquisition card realizes basic parameter configuration function and accumulative function, and its signal to noise ratio is 71.9dB. Compared with a foreign echo signal acquisition device, the acquisition card has a higher detection distance and a higher signal to noise ratio in the high repetition frequency laser radar.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN958.98;TN791

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本文編號(hào)：1343730