激光3D視覺系統(tǒng)高精密時差測量方法研究.pdf

1、激光三維視覺系統(tǒng)是采用激光作為探測手段的一種高精度、小型化、集成化的復(fù)雜環(huán)境探測系統(tǒng)。它具有測量精度高、獲取信息全面、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，在智能機(jī)器人、自主車等智能移動平臺上有著廣泛應(yīng)用，對空間探測、海洋勘探等惡劣環(huán)境探索起了很大的促進(jìn)作用。本文主要圍繞激光三維視覺系統(tǒng)的高精度測距展開研究，重點(diǎn)研究了高精度時差測量，主要工作包括以下幾個方面：
　　首先，從理論上分析了直接探測與相干探測的優(yōu)缺點(diǎn)，針對激光三維視覺系統(tǒng)的應(yīng)用背景，提出采

2、用直接探測方案。系統(tǒng)采用1.55um脈沖光纖激光器作為光源，采用飛行時間測距法，測距精度直接取決于回波脈沖與發(fā)射脈沖的時差測量精度。本文將時差測量細(xì)分為脈沖定時和時間間隔測量兩個部分。在分析前沿定時、過零定時、恒比定時和波形型心定時四種定時方案的優(yōu)缺點(diǎn)基礎(chǔ)上，結(jié)合仿真實(shí)驗(yàn)提出采用恒比定時作為系統(tǒng)定時方案。分析時間間隔測量的主流技術(shù)方案，結(jié)合系統(tǒng)應(yīng)用提出采用數(shù)字時間內(nèi)插作為時間間隔測量方案。
　　然后，根據(jù)激光三維視覺系統(tǒng)的信號處理

3、特點(diǎn)，提出硬件平臺的總體設(shè)計方案。硬件平臺采用數(shù)字接收技術(shù)，采用高速采樣AD搭建回波信號處理的硬件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)以高速 AD和FPGA芯片為核心，對電源電路、時鐘發(fā)生電路、接口電路等進(jìn)行了設(shè)計。分析高速電路的特點(diǎn)，在信號完整性的規(guī)則指導(dǎo)性下設(shè)計了高速PCB。
　　最后，結(jié)合FPGA硬件平臺的特點(diǎn)，對恒比定時和數(shù)字時間內(nèi)插進(jìn)行了模塊化的設(shè)計。根據(jù)信號模型對每個模塊進(jìn)行參數(shù)計算，使用VHDL設(shè)計模塊，利用MATLAB產(chǎn)生測試數(shù)據(jù)對模塊