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全数字高精度激光测距系统的设计与实现

作　者: 雷佳
导　师: 郭炜；毛志刚；王琴
学　校: 上海交通大学
专　业: 电路与系统
关键词: 激光测距 FPGA 多频率相位差测量原理 时间相关单光子计数技术
分类号: TN249
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 435次
引　用: 3次
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内容摘要


激光测距是随着激光技术的出现而发展起来的一种精密测量技术,因其良好的精确度特性广泛地应用在军事和民用领域。本文在研究和分析了当前激光测距系统结构和实现方式后,发现其中锁相环等模拟电路模块在进行相位累计,A/D转换等步骤时的带来的误差和延时成为限制测量精度和速度进一步提高的瓶颈之一。在分析和研究多频率相位差测距原理和时间相关单光子计数技术的基础上,本文提出了用全数字方式实现测距系统信号处理模块的方法,从根本避免了上述问题的存在,提高了测量精度。本文还详细介绍了全数字高精度激光测距系统的结构以及调制信号发生器和接收器等关键模块的FPGA实现问题。经过验证,该设计能快速正确地完成中短程的实时激光测距,并且具有较高的精度。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-14
1 绪论  14-19
  1.1 课题的研究背景  14
  1.2 研究意义  14-15
  1.3 激光测距技术国内外发展现状  15-17
  1.4 FPGA 技术的国内外发展现状  17
  1.5 课题研究目标  17-18
  1.6 本文的组织  18
  1.7 小结  18-19
2 激光测距原理  19-29
  2.1 激光测距系统概述  19-20
  2.2 激光测距基本原理  20-23
    2.2.1 激光测距技术  20
    2.2.2 脉冲式激光测距原理  20-21
    2.2.3 连续式激光测距原理  21-23
  2.3 信号调制技术  23-25
    2.3.1 频率合成技术及锁相环原理  23-25
  2.4 检相技术  25-28
    2.4.1 自动数字测相  25-26
    2.4.2 基于傅立叶变换的相位测量方法  26-28
  2.5 小结  28-29
3 全数字高精度激光测距系统的设计  29-47
  3.1 测距系统总体设计  29-31
  3.2 参数选取  31-33
  3.3 主要模块设计  33-46
    3.3.1 调制信号发生器  33-42
      3.3.1.1 概述  34
      3.3.1.2 调制信号产生算法  34-39
        3.3.1.2.1 Gtp_TxData 信号  35-39
        3.3.1.2.2 数据读写保护  39
      3.3.1.3 Sync 信号  39-42
    3.3.2 接收器  42-46
      3.3.2.1 概述  42-44
      3.3.2.2 接收器功能模块  44-46
  3.4 小结  46-47
4 测距系统的FPGA 实现及仿真验证  47-72
  4.1 FPGA 设计流程  47-50
  4.2 FPGA 开发环境  50-51
  4.3 测距系统的FPGA 实现  51-59
    4.3.1 系统框架  51-52
    4.3.2 ML505 开发板  52
    4.3.3 MicroBlaze 微处理器系统  52-54
    4.3.4 时钟频率  54-55
    4.3.5 RocketIO 收发器  55-58
      4.3.5.1 RocketIO 特性  55-56
      4.3.5.2 RocketIO 结构  56
      4.3.5.3 RocketIO 传输速率配置  56-58
    4.3.6 顶层实体  58-59
  4.4 测距系统的仿真验证  59-69
    4.4.1 仿真验证方法  59-60
    4.4.2 功能仿真  60-61
    4.4.3 静态时序分析  61-63
    4.4.4 系统验证  63-69
      4.4.4.1 指令控制台  63-64
      4.4.4.2 Matlab 测试平台  64
      4.4.4.3 调制信号发生器的系统验证  64-66
      4.4.4.4 接收器的系统验证  66-67
      4.4.4.5 整体系统验证  67-69
      4.4.4.6 快速时钟模式下的整体系统验证  69
  4.5 测距系统的性能分析  69-71
    4.5.1 量程  69-70
    4.5.2 延时  70-71
    4.5.3 器件资源使用情况  71
  4.6 小结  71-72
5 总结与展望  72-74
  5.1 本文的研究内容  72-73
  5.2 课题的进一步研究方向  73-74
参考文献  74-76
附录一  76-77
附录二  77-78
致谢  78-79
攻读学位期间发表的学术论文  79

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 激光技术、微波激射技术 > 激光的应用
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