数字化脉冲激光测距信号处理系统研究

论文摘要

近年来,脉冲激光测距因其测距范围广、测距精度高,遂在民事、军事等方面都应用广泛。本文针对常规脉冲激光测距系统模拟式处理脉冲激光回波信号的不足,提出以FPGA为核心的数字化脉冲激光测距信号处理系统,借助FIR数字滤波结合自相关检测的方法对脉冲激光回波信号进行降噪,提升脉冲激光回波信号信噪比,使脉冲激光信号从干扰中充分显现出来。本文首先简要说明脉冲激光测距原理及常规测距系统结构,然后分析测距接收系统易受的噪声影响。重点设计以FPGA为核心的数字化脉冲激光测距信号处理系统,对系统各组成部分进行详细说明,并给出软件模块仿真。对脉冲激光回波信号进行A/D转换后,利用FIR数字滤波结合自相关检测的方法对脉冲激光回波信号进行处理,滤除对脉冲激光回波信号的干扰。经MATLAB仿真证明方法可行,并对数字化脉冲激光信号处理系统进行实验测试,收到良好效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 脉冲激光测距发展趋势及国内外研究现状
• 1.2.1 脉冲激光测距发展趋势
• 1.2.2 脉冲激光测距国内外研究现状
• 1.3 本论文研究目的与意义
• 1.4 本论文主要内容
• 第2章 脉冲激光测距原理及测距接收系统噪声分析
• 2.1 脉冲激光测距原理及测距系统结构
• 2.2 脉冲激光测距方程
• 2.3 脉冲激光测距接收系统噪声分析
• 2.3.1 大气对脉冲激光测距接收系统影响
• 2.3.2 光电探测器噪声分析
• 2.3.3 背景噪声分析
• 2.3.4 放大器噪声分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 数字化脉冲激光测距信号处理系统
• 3.1 数字化脉冲激光测距信号处理系统设计方案
• 3.2 窄带滤光片
• 3.3 光电探测器
• 3.3.1 光电探测器选择
• 3.3.2 光电探测器工作特性及型号选择
• 3.4 光电探测器前置放大电路
• 3.5 两级主放电路
• 3.6 抗混叠滤波电路
• 3.6.1 频率混叠
• 3.6.2 抗混叠滤波器设计
• 3.7 电压抬升及跟随电路
• 3.8 A/D转换电路
• 3.9 基于FPGA的FIR数字滤波与自相关检测电路
• 3.9.1 FIR数字滤波
• 3.9.2 自相关检测
• 3.9.3 FPGA电路设计
• 3.10 D/A转换电路
• 3.11 二阶压控电压源低通滤波电路
• 3.12 本章小结
• 第4章 系统软件设计及实验验证
• 4.1 软件开发环境
• 4.1.1 Quartus Ⅱ软件开发及VHDL语言设计
• 4.1.2 SIMULINK仿真工具
• 4.2 系统软件仿真
• 4.2.1 FIR数字滤波与自相关检测方法仿真
• 4.2.2 软件模块仿真
• 4.3 系统实验验证及分析
• 4.3.1 实验安排
• 4.3.2 实验装置
• 4.3.3 实验结果及分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录A 数字化脉冲激光测距信号处理系统板PCB图