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《一种改进的脉冲式激光测距仪的设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、成绩评定表学生姓名陈猛班级学号1209020121专业光信息科学与技术课程设计题目一种改进的脉冲式激光测距仪评语组长签字：成绩日期20年月日10课程设计任务书学院理学院专业光信息科学与技术学生姓名陈猛班级学号1209020121课程设计题目一种改进的脉冲式激光测距仪实践教学要求与任务:脉冲式激光测距仪原理简单,集成化和小型化比较好,采用直接计数激光脉冲延迟时间方法测量距离,精度比较低。本课设采用高精度电容的大充放电时间常数比的方法,将待测的微小时间放大,采用较低的时钟精确测量激光脉冲回波与主计数
2、时钟之间小于一个周期的时间间隔,提高了脉冲式激光测距仪的测量精度。工作计划与进度安排:时间：17～18周，具体安排如下：一~三天：翻阅相关书籍，查找相关电子资料了解脉冲式测距仪基本原理和方法三~八天：以脉冲式激光测距仪简单易行的工作原理为基础，设计实验方案八~十天：进行测量、处理显示阶段，检验设计成果十~十四天：简单说明脉冲式测距仪的工作原理和过程第十四天：统一答辩指导教师：201年月日专业负责人：201年月日学院教学副院长：201年月日10目录摘 要:4引言：5一.传统脉冲式激光测距仪的工作原
3、理5二．加入模拟处理模块提高测距精度6三.系统的总体框架71.测量阶段72.处理显示阶段7四．测量实验8五．结论9参考文献1010摘 要:脉冲式激光测距仪原理简单,集成化和小型化比较好,采用直接计数激光脉冲延迟时间方法测量距离,精度比较低。本课设采用高精度电容的大充放电时间常数比的方法,将待测的微小时间放大,采用较低的时钟精确测量激光脉冲回波与主计数时钟之间小于一个周期的时间间隔,提高了脉冲式激光测距仪的测量精度。本课设给出了系统设计框图,实验数据表明,此系统和普通脉冲式激光测距仪相比,距离分辨
4、率提高了20倍。关键词:激光测距;激光脉冲;距离分辨率;10引言：FPGA计数随着技术的进步,激光测距机向着标准化、多功能、高可靠性和小型化的方向发展,追求更高的性价比,更广的应用范围。按实现机理,激光测距仪可分为脉冲式和连续波相位式。脉冲式的优势在于测试距离远,信号处理简单,被测目标可以是非合作的,但其缺点是测量精度并不太高,作用距离一般为数百米至数十千米,距离分辨率在米量级。以脉冲式激光测距仪简单易行的工作原理为基础,本课设提出了一种改进方案,提高了它的测量精度和系统的综合性能。一.传统脉冲
5、式激光测距仪的工作原理传统脉冲式激光测距的原理是:由激光器对被测目标发射一个光信号,然后接收目标反射回来的光信号,通过测量光信号往返经过的时间,计算出目标的距离。测量公式为:L=ct/2(1)式中:L为待测目标的距离,t为光信号往返所花的时间,c为光传播速度。传统脉冲式激光测距仪由激光发射系统,激光接受系统,计数系统(数据采集及信息处理、显示)以及电源共4部分组成。其通常的测量过程为:(1)发射机发射激光脉冲,同时启动计数器开始计数。(2)激光脉冲遇到待测物体,产生回波,并由接收机接收,终止计数
6、器计数。(3)根据计数结果算出被测目标距离。这种方法简单易行,但是测量精度不高。其中主要误差是因为回波脉冲与计数时钟的相对关系是随机的,最大误差为一个计数时钟周期。如图1所示。激光脉冲在测距仪和目标之间的往返传输时间为Tm。计数器输出为N,时钟信号周期为T,测得延迟时间为N×T。在测量过程中,结束时间Te被多加进去了。有下列公式:Tm=N×T-Te所以,要想提高脉冲式测距仪的测距精度,最直接的方法就是提高系统时钟频率。比如系统时钟为3GHz时,测量精度会达到5cm。但是,高频带来的电路设计,印刷
7、板的制作难度和成本的急剧提高,使得直接提高系统频率来提高测量精度的方法变得不可取。10二．加入模拟处理模块提高测距精度由FPGA组成的数字系统的精度受系统时钟最高频率的制约,为了以较低的系统时钟频率达到较高的测量精度,我们在传统脉冲式激光测距仪的计数系统部分加入了模拟处理模块。电容器件充放电周期稳定,精度高。随着充放电电流大小的改变,达到阈值电平的时间便会相应的变短变长。利用这一特性,采用模数转换技术A/D电路方法来提高激光测距仪的精度。为了测得一个很短时间的值,采用这段短时间内大电流放电,然后
8、以小电流慢慢充电的方法,会使得充电时间对应比例的延长,以较低频率的数字系统的计数器,便可以轻松测得此放大过的时间值,再由对应比例关系求得短时间充电的时间,从而提高测距系统的精确度。如图2所示,左半边是通过大电流放电时电容器上的电压曲线,右半图为小电流充电时的电压曲线。小电流由Vx充电到U时所花费的时间远远大于大电流从U放电到Vx所需的时间。设V0为电容上的初始电压值;U为给电容充电的外部电源电压;Vt为t时刻电容上的电压值。则电压计算公式为:Vt=V0+(U-V0)×[1-exp(-t/RC)]
