基于FPGA的激光近程动态测距仿真研究

论文摘要

本文是针对激光近程测距项目所进行的研究,通过理论分析和仿真验证,系统地研究了激光近程定距的主要关键技术。传统的测距方法在应用于近程动态测距时存在困难,研究激光近程动态测距技术,对于军用和民用两方面都有重要的意义。在设计理论方面,本文对当前各种近程动态定距模式进行了对比研究,其中移相鉴相定距具有内部延时容易补偿、便于数字电路设计、虚警率低等优点而被我们选用,并且对发射和接收系统的设计从电路和光路两方面进行了探讨,在接收系统方面选用两级可变增益放大器芯片AD603级联的电路实现了自动增益控制,满足体积小、功耗低的设计要求。同时对测距系统的抗干扰性也作了讨论。本文的主要工作是信号处理系统的设计,信号处理系统中计时时钟频率的大小是测量精度的主要影响因素,也是设计的重点和难点之一。本系统采用FPGA内部PLL倍频后的时钟信号作为基本时钟,通过同频四相位等相差计数器法在不改变基本时钟的前提下得到了高频时钟,提高了系统的测量精度。课题要求实现0.5m-1.5m定距范围,0.2m定距精度,等效时钟频率要大于1.5GHz,因此选用Altera公司的Cyclone FPGA-EP1C6系列芯片,最终得到的等效时钟频率达到1.6GHz,定距精度小于0.1m。整个电路系统在FPGA内部用VHDL语言编程配置实现,无需额外增加系统的成本和体积。最后在Quartus II环境下对相差信号的产生过程、高频时钟产生的过程以及对整个系统功能和测量误差进行了仿真分析,仿真结果显示设计的信号处理系统能够在要求的距离处实现定距,并且定距的精度也很高,其安全性和可靠性均得到了验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究概况及发展
• 1.3 本文的主要工作
• 2 激光近程动态测距的原理与方法
• 2.1 激光动态测距的工作体制
• 2.2 激光近程动态测距系统的定距模式
• 2.3 激光近程动态测距的抗干扰技术
• 2.4 本章小结
• 3 脉冲激光移相鉴相测距机的总体设计简析
• 3.1 激光发射系统
• 3.2 激光接收系统
• 3.3 信号处理系统
• 3.4 本章小结
• 4 基于FPGA 的近程动态测距系统信号处理系统的设计与仿真
• 4.1 信号处理系统的设计
• 4.2 仿真结果与分析
• 4.3 本章小结
• 5 总结
• 5.1 全文总结
• 5.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 移相鉴相信号处理系统VHDL 源程序