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激光雷达液晶相控阵波控器研究

作　者: 吴志勇
导　师: 孔令讲
学　校: 电子科技大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 液晶相控阵波控器波控测试试验 ARM
分类号: TN958.98
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

激光相控阵雷达是一种新体制雷达,光学相控阵技术的应用使得激光雷达系统的械结构更简单,重量更轻,而且具有良好的综合性能。由于液晶相控阵具有驱动电压小,功耗低,响应速度快等优点,采用液晶相控阵实现激光的偏转,能够有效解决激光雷达高性能的波束控制和优良的操作灵活性等问题。因此,近年来,液晶相控阵技术得到了更为深入的研究(和应用),用液晶材料实现光学相控阵已经成为重要的趋势之一。本文中的波控器是实现液晶相控阵的关键技术之一。本论文依托具体的科研项目,针对激光雷达液晶相控阵波束控制器开展了如下工作:1)分析波控器功能要求,提出两种波控器硬件系统设计方案,然后对两种方案进行的对比分析与选定,最后设计了波控器各个模块的硬件电路并绘制了PCB。2)根据现阶段波控器主要用于偏转波控测试试验的实际情况,开发了用于进行波控测试试验的控制软件。3)分析液晶相控阵波控原理和方法,利用函数模拟液晶特性曲线,设计了偏转波控测试数据生成算法,利用此算法生成的波控测试数据成功的用于偏转波控测试试验。4)调试波控器硬件系统的各个模块,验证其能够正常工作,并利用波控器成品搭建波控测试试验平台,进行了一系列的波控测试试验。试验结果表明:波控器实现了其设计要求的基本功能,波控器能够对激光进行可编程电控偏转控制。本课题组所研制的液晶相控阵扫描组件具有波控能力,能够实现激光的偏转扫描。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-17
  1.1 研究背景与意义  10-11
  1.2 国内外研究动态  11-15
    1.2.1 国外研究动态  11-14
    1.2.2 国内研究动态  14-15
  1.3 本文的主要工作  15-16
  1.4 论文内容安排  16-17
第二章液晶驱动技术基础及液晶相控阵基本原理  17-30
  2.1 液晶的光学特性  17-18
  2.2 液晶驱动基本原理  18-21
  2.3 液晶相控阵波束控制原理  21-29
    2.3.1 液晶移相原理  21-22
    2.3.2 液晶相控阵波束偏转控制原理  22-29
      2.3.2.1 波束偏转控制基本原理  22-23
      2.3.2.2 离散角度扫描偏转控制原理  23-26
      2.3.2.3 连续角度扫描偏转控制原理  26-29
  2.4 本章小结  29-30
第三章液晶相控阵波束控制器的系统结构与硬件电路设计  30-46
  3.1 液晶相控阵扫描组件总体框架结构  30-31
  3.2 波控器的系统结构设计  31-39
    3.2.1 设计要求  31-32
    3.2.2 实现方案  32-36
      3.2.2.1 设计思路  32-33
      3.2.2.2 方案设计  33-34
      3.2.2.3 方案对比分析与确定  34-36
    3.2.3 主要芯片选型  36-37
      3.2.3.1 ARM 芯片选型  36
      3.2.3.2 液晶阵列控制芯片选型  36-37
    3.2.4 电路板的形状结构设计  37-38
    3.2.5 波控器实现框图  38-39
  3.3 波控器硬件电路设计  39-45
    3.3.1 电源模块设计  39-41
      3.3.1.1 设计要求  39-40
      3.3.1.2 电源芯片选型及供电设计  40-41
    3.3.2 复位模块设计  41-42
    3.3.3 数据通信接口设计  42-43
      3.3.3.1 液晶阵列控制芯片接口  42-43
      3.3.3.2 串口、USB 接口、雷达主控中心接口  43
    3.3.4 测试引脚  43
    3.3.5 PCB 设计  43-45
      3.3.5.1 PCB 叠层设计  43-44
      3.3.5.2 元件布局与布线  44-45
  3.4 本章小结  45-46
第四章波控器控制软件与波控测试数据生成算法  46-60
  4.1 软件开发环境介绍  46
  4.2 波控器的控制软件开发  46-51
    4.2.1 控制主程序（软件）流程图  47
    4.2.2 LPC2468 系统初始化  47-49
      4.2.2.1 修改和编写头文件  47-48
      4.2.2.2 LPC2468 初始化  48-49
    4.2.3 液晶阵列控制芯片初始化  49
    4.2.4 应用程序子模块  49-51
  4.3 波控测试数据生成算法  51-59
    4.3.1 液晶相控阵波控方法  51-53
    4.3.2 偏转波控测试数据生成算法  53-59
      4.3.2.1 最佳液晶特性模拟曲线  53-55
      4.3.2.2 偏转波控测试数据生成算法  55-57
      4.3.2.3 偏转波控测试数据生成算法优化  57-59
  4.4 本章小结  59-60
第五章波控器的硬件调试及液晶相控阵波控试验  60-82
  5.1 波控器硬件调试  60-66
    5.1.1 电源、复位电路、晶振电路调试  60-61
    5.1.2 片上串口调试  61-63
    5.1.3 液晶阵列控制芯片调试  63-66
  5.2 液晶相控阵波控测试实验方案  66-68
  5.3 液晶相控阵波控测试试验  68-81
    5.3.1 液晶移相器阵列电极受控测试  68-72
    5.3.2 波控偏转控制试验  72-80
      5.3.2.1 离散角度偏转波控试验  72-79
      5.3.2.2 连续扫描偏转波控试验  79-80
    5.3.3 衍射效率试验  80-81
  5.4 本章小结  81-82
第六章结束语  82-84
  6.1 工作总结  82-83
  6.2 工作展望  83-84
致谢  84-85
参考文献  85-88
附录  88-91
攻读硕士学位期间的研究成果  91-92

激光雷达液晶相控阵波控器研究

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