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多模式激光扫描测距雷达的硬件系统设计

胡昆智  
【摘要】:激光具有准直性好、测距精度高、受环境影响较小等优点,自从上世纪60年代以来,激光常用于高精度测量仪器中,在军用和民用领域都有广泛的应用。随着数字信号处理技术的不断发展,激光高精度三维点云成像技术成为了研究的热点。本课题针对三种常用的激光测距方法(脉冲测距、相位测距和调频测距),实现激光高精度三维点云成像。本文主要实现了硬件部分,包括了基于半导体激光器的相位调制信号、激光线性调频信号的发送部分和接收部分以及高速信号处理部分。本文所取得的主要研究成果如下:1、给出三种不同模式激光测距的实现原理,基于算法理论需求提出该课题的实现方案,并且就系统参数指标分析了方案的可行性。2、模拟电路设计部分主要实现了激光相位调制信号源的设计、大宽带线性调频信号源的设计和激光回波信号的接收设计,根据方案框图详细介绍了主要芯片选型的过程,并根据课题指标对芯片的关键指标参数进行介绍。分析电源拓扑结构和PCB设计过程中需要注意的一些关键点,分析和测试了PCB的实际性能,并且就实际测试结果和理论参数进行对比验证方案的可行性。3、高速信号处理部分主要包括芯片的选型、高速信号处理板原理图的设计、PCB的设计以及板卡工作流程的设计。本文信号处理板基于FPGA+DSP的主流架构进行设计,辅以AD完成模拟信号的采集过程,介绍了本板卡的硬件部分设计、接口调试设计、数据传输控制、工作流程等实现,同时就各个模块的工作状态进行分析,并且给出了实际工作状态下的结果分析。4、简单介绍了上位机的操作界面并给出基于上位机对硬件系统的控制流程,对三种不同模式的扫描成像结果进行展示分析,并且通过点云成像的结果系统的分析硬件模块的指标,同时引入了对点云数据进行二次开发的课题。5、对系统设计进行总结,并且对该系统在后续的设计提出一定的优化,实现更高精度的激光三维点云成像。


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