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面向二次调制距离测量的FPGA算法实现

赵博雅  
【摘要】:长度测量的精度和量程对于科技水平的提高具有十分重要的意义。国内外的激光测距研究常采用的方法有飞行时间法、相位法、干涉法,飞行时间法测距精度较低,相位法存在模糊距离的问题,干涉法只能测量移动物体的相对距离。于是本文在相位法的基础上提出了二次偏振调制激光测距系统,介绍了二次偏振调制法的基本原理、优势以及一些影响测距精度的因素。本文主要介绍了二次偏振调制测距系统的算法设计。摇摆法将测量光强极小值附近的点转化为检测极小值两侧相等未知的光强差,避免检测较小的光强时系统噪声带来的更明显的干扰;变步进扫频可以在保证测距精度的前提下减少扫频数量;逐次逼近将扫描得到的零点所在范围进一步缩小;线性拟合降低了单个频率点的误差带来的影响,提高测距精度。经过这些过程,得到两个较精确的相邻的光强极小值点,可以根据公式计算出精度较高的距离结果。选择FPGA作为系统的主要控制芯片。整个控制部分除了算法的具体实现,还包括对微波源芯片的控制、对AD转换结果的读取、与上位机的通信等。算法实现和距离计算由于测距精度对数据长度的要求,采用了运算功能强大的DSP来处理部分数据。完成各模块的程序实现及仿真后,对控制器相关电路进行了设计和调试。将调试好的电路连接到完整的测距系统中进行系统试验,可以验证测距原理的正确性和结果的精确度,在测距频率达到2000次/s的情况下测距精度可以达到10~(-5)量级。


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