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脉冲式激光测距机的设计与实现

赵亚飞  
【摘要】:激光测距技术一直比较热门,起初激光测距应用于军事,随着激光测距技术越来越成熟,逐渐应用到航空航天、卫星遥感测距、建筑测量和汽车雷达等领域。尤其是近几年集成电路设计水平的提升,以及生产工艺水平提高,给电子信息行业带来了新的机遇和挑战,传统的激光测距产品面临着升级。传统的激光测距系统采用模拟电路,由于模拟信号在恶劣天气中抗干扰能力差,空气受热、雾霾、雨雪等都会消弱信号并使模拟信号失真,在受到高频信号干扰时影响容易发生突变,尤其是在能见度很低的天气,在经过空气中各种非确定性因素影响后,直接导致检测不到信号,进而检测不到被测目标。近几年集成电路和数字信号处理理论的发展,带动了激光测距系统朝着数字电路发展,先后出现了数字电路激光测距系统,并且体积也相对小了很多,但是激光测距系统的功耗与体积、精度往往不能兼顾,而且国外近几年研制的小型激光测距机价格昂贵,普通用户难以承受,因此需要研制与之抗衡小型测距机。本文研究的目的是对脉冲式激光测距硬件电路进行设计,并在硬件电路上编程实现测距算法,具体工作如下:首先,对相位测距的原理进行深入研究,对影响其量程和精度做出理论推导计算,以便对脉冲式测距进行参考借鉴,紧随其后,介绍了脉冲式测距的原理和常用的方法,对如何改进量程和精度给出理论依据,给出计算方法。其次,在对原理和影响因素深入分析之后,对脉冲式激光测距的信号多脉冲处理算法推导并在Matlab中进行仿真验证,并对多脉冲测距的方法加以改进优化,采取多帧多脉冲数据提高测距量程和测距精度。最后,对激光测距信号处理电路进行原理图设计和PCB设计,选取低电压供电、低功耗、小封装芯片,保证激光测距系统小型化、低功耗,为进一步减小功耗设计低功耗电源电路,选取高速A/D转换芯片、高性能DSP处理器提高采样精度和运算速度,并将多帧多脉冲算法在激光测距硬件平台上编程实现,增加测距量程,提高测距精度。


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