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《哈尔滨工业大学》 2011年
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激光脉冲定距算法研究与FPGA实现

许冲  
【摘要】:随着科学技术的发展,对距离测量精度的要求不断提高,出现了一系列距离测量的新方法。激光脉冲定距以其精度高、操作简单、测量时间短、抗干扰能力强等优点在航天航空、导航制导、医学成像、工程实践等领域得到了广泛应用。然而,激光脉冲定距回波信号受环境影响很大,回波信号会混入噪声毛刺,并且会有幅度和波形上的失真,给回波定位带来了困难。激光脉冲定距实际是测量发射脉冲和回波之间的时间间隔,常采用时钟计数法,但是回波时刻和计数时钟一般是异步的,采用时钟计数法测量会存在最大为一个时钟周期的随机误差,在计数时钟频率不能达到很高时,随机误差会很大,直接影响定距的精度。 针对回波中混入噪声毛刺这一问题,本文研究了门限法去噪声毛刺算法,当有连续多个采样点超越门限时才认为是回波信号,否则视为噪声毛刺进行滤除;对于回波发生幅度和波形上的失真而带来回波时刻定位困难,本文采用幅度上升沿时间补偿ARC(Amplitude Rising Compensation)定时法对回波信号进行定时,有效提高了回波的定时精度;为了在不提高计数时钟频率的前提下减小时钟计数法引起的随机误差,本文重点研究了时间数字转换TDC(Time-to-Digital Converter)算法,TDC目前有数字法、模拟法、数字插值法三种方法,对于数字法本文研究了循环移位法。对于数字插值法本文研究了脉冲收缩法、传递延时法、Vernier方法三种。分别对这四种算法进行了设计,仿真并对精度等指标进行分析。 现场可编程门阵列FPGA(Field Programmable Gate Array)可重复擦写、资源丰富、并行处理等特点使新一代的电子系统具有极强的灵活性和适应性。本文在最后给出了激光脉冲定距算法在FPGA硬件平台实现的结果,并对实验结果和影响精度的因素进行分析,实验结果表明,设计的定距算法满足既定的指标要求。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TH744.5

【参考文献】
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