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脉冲式激光测距系统研究

蔡红霞  
【摘要】:小型化、低功耗、智能化、高精度、对人眼安全是激光测距仪的发展方向。针对目前激光测距仪存在抗干扰能力弱、测量精度不够、系统功耗相对较高的缺点,应用数字技术具有抗干扰能力强、精度高、功耗低的优点,以改善激光测距仪的探测性能。 本文在传统脉冲激光测距系统的基础上,通过加入回波信号分析处理模块以提高整个系统的测量精度和量程。脉冲式激光测距系统分为激光发射、激光接收和回波信号处理三大部分。激光发射模块采用传统激光测距技术;激光接收模块采用高速A/D将回波信号快速数字化;信号处理模块采用FPGA编程实现,主要完成了采样数据的缓存和处理以及整个电路的时钟控制、逻辑控制和时序控制。 此外,在提高测距性能方面,本文重点研究了如何提高脉冲激光测距精度和如何提高激光测距量程两方面的内容。在提高测距精度方面,从计数法入手,采用800MHz高频率来进行脉冲计数。重点研究了基于FPGA实现的发射脉冲的产生以及高频计数单元的生成。在提高测距量程方面,从回波信号数字接收入手,提出采用采样率为250MHz的高速A/D转换器和FPGA组成数字接收系统,对转换后的数字信号进行相关算法处理,通过提高信噪比,达到提高测距量程的目的。 本文最终完成了整个系统的硬件电路设计,并用软件编程实现了时钟控制模块、脉冲产生模块、数据缓存模块、计时模块等功能;算法上实现了采用Haar小波变换域的LMS自适应滤波对回波信号滤波去噪和采用小波变换的奇异性检测原理对回波信号的峰值检测,利用MATLAB、DSP Builder、QuartusⅡ和Modelsim等工具,完成了LMS自适应滤波算法在FPGA中的实现。并且在测距性能方面达到了系统参数要求。


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