高速偽隨機(jī)碼調(diào)制激光測距雷達(dá)電子學(xué)系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、隨著激光技術(shù)、嵌入式技術(shù)和集成光學(xué)的發(fā)展，激光測距正朝著數(shù)字化、自動化、低成本、小型化的方向發(fā)展。激光測距具有測量精確度高、測量速度快、抗干擾能力強(qiáng)、體積小、重量輕和安裝調(diào)整方便等一系列優(yōu)點，可用于測量長度、距離、速度、時間等，其測量精度比一般儀器精度高1至2個數(shù)量級，其應(yīng)用范圍也越來越廣，是目前高精度測距最理想的方式之一。
　　針對采用光子計數(shù)的高速偽隨機(jī)碼調(diào)制激光測距，開發(fā)了基于高性能FPGA的電子學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)將偽隨機(jī)碼調(diào)制

2、信號發(fā)送、光子數(shù)據(jù)接收、累加運算、互相關(guān)運算、距離信息提取、編碼器脈沖計數(shù)、波形數(shù)據(jù)輸出及網(wǎng)絡(luò)通信等功能集成在單個Altera公司的StratixⅣ系列FPGA芯片中。
　　目前1550nm的激光器技術(shù)已非常成熟，其激光脈沖重復(fù)頻率可達(dá)10KHz。為適應(yīng)激光器技術(shù)的發(fā)展，本設(shè)計中偽隨機(jī)碼發(fā)送和光子數(shù)據(jù)接收模塊的重復(fù)頻率達(dá)到10KHz，偽隨機(jī)碼調(diào)制速率和光子數(shù)據(jù)采樣頻率達(dá)到1GHz。接收的碼元經(jīng)過10次累加和閾值比較后，利用1024

3、個并行的同或邏輯實現(xiàn)互相關(guān)運算?；ハ嚓P(guān)運算和距離信息提取的重復(fù)頻率為1KHz。實驗室及整機(jī)現(xiàn)場測試結(jié)果表明，系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計要求。
　　論文主要包括五個部分:選題背景及意義、系統(tǒng)硬件設(shè)計、系統(tǒng)軟件設(shè)計和系統(tǒng)測試。論文的第一部分首先對激光測距技術(shù)進(jìn)行了介紹，同時介紹了偽隨機(jī)碼調(diào)制激光測距的原理并分析了選題的意義。論文的第二部分主要介紹了偽隨機(jī)碼調(diào)制激光測距雷達(dá)電子學(xué)系統(tǒng)的硬件設(shè)計，主要介紹了各功能模塊之間的接口設(shè)計，根據(jù)偽隨機(jī)碼調(diào)制激

4、光測距雷達(dá)功能需求及性能要求，確定了系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案，簡單介紹了系統(tǒng)硬件主要芯片的選型，并對各模塊的硬件電路的設(shè)計進(jìn)行了介紹。論文的第三部分論述了FPGA邏輯設(shè)計和NiosⅡ系統(tǒng)設(shè)計，是論文的關(guān)鍵部分，F(xiàn)PGA的邏輯設(shè)計主要完成偽隨機(jī)碼調(diào)制激光測距雷達(dá)的數(shù)據(jù)采集及運算處理，是設(shè)計的難點。論文的第四部分論述了系統(tǒng)的測試，包括實驗室測試和整機(jī)現(xiàn)場測試，并對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。最后，論文的第五部分對論文的成果進(jìn)行了總結(jié)，并指出了論文的不足之