基于fpga的激光测距系统的算法的研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文基于FPGA的激光测距系统的算法的研究论文作者：尚君莹学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：物理电子学指导教师：田学民职称：副教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofPhysicalElectronicsSTUDYONTHEALGORITHMOFLASERRANGINGSYSTEMBASEDONFPGAbyShangJunyingSuperviso

2、r:AssociateprofessorTianXueminDecember2014摘要随着科技的不断发展，现代社会对测距精度的要求越来越高，人们不断更新着测量的方法。本文研究的是基于FPGA的激光测距系统，激光测距是在激光技术不断发展的过程中产生的一种精密的测量技术，在军事上和民用上都得到有效地应用。本文研究了两种常用的激光测距的方法，脉冲激光测距和相位激光测距，通过比较各自的优缺点后，选择了脉冲式激光测距。在详细介绍了脉冲激光测距的基本原理后，把整个测距系统分成了发射模块、接收模块和信号数据处理模块

3、三部分，然后对各个模块进行设计分析。首先，在发射模块中，由FPGA内部产生激励信号，激励驱动器驱动激光发射器发射激光。课题选用了专为激光测距应用开发的SPLLL系列激光发射器，EL7104作为SPLLL90的驱动芯片。其次，在接收模块中，研究了几种光电转换器件，分析了他们的优缺点后，选择了具有低噪声优势的PIN型光电二极管，又设计了前置放大电路进行噪声的滤除和主放大电路进行二次放大，再通过高速电压比较器得到计数器的终止信号。最后，在信号数据处理模块中，分析了时间间隔测量的误差来源，详细介绍了几种减少时间

4、间隔测量误差的算法，结合系统的实际需求，采用以FPGA为核心的时间间隔测量的平台，利用延迟线内插法对时间进行测量。本文主要是对脉冲激光测距系统的信号数据处理单元进行详细分析，采用FPGA中的锁相环进行系统时钟的倍频，提高测量的精度。在完成整个系统的工作流程和各个模块的设计后，又对各个模块进行仿真测试，检测各个模块的性能，得到相关的测量数据，实验结果表明达到了预期的要求。关键词：脉冲激光测距FPGA测量精度数字插值法时间间隔测量IIIABSTRACTWiththecontinuousdevelopment

5、ofscienceandtechnology,therequirementoftherangingaccuracyisgettinghigherandhigherinthemodernsociety,Measurementmethodsareupdatedconstantly.ThispaperstudiesthelaserrangingsystembasedonFPGA,thelaserrangingisakindofprecisemeasuringtechnologygeneratedinthepr

6、ocessofthedevelopmentofthelasertechnology.Itisappliedeffectivelyinmilitaryandcivilian.Twocommonmethodsoflaserrangingarestudiedinthepaper,theyarepulselaserrangingandphaselaserranging,Choosingthepulselaserrangingintheendbycomparingtheirstrengthsandweakness

7、.Afterdescribedthebasicprinciplesofthepulselaserrangingindetail,thewholesystemwasdividedintothreeparts:thelaseremissionmodule,laserreceivermodule,signalanddataprocessingmodule.Thenanalysiseachmodules.Firstofall,inthelaseremissionmodule,theexcitationsigna

8、lgeneratedbyFPGA.ThispaperusedtheSPLLLserieslasertransmitterwhichisspeciallyappliedanddevelopedinlaserrangingandusedtheEL7104asSPLLL90’sdriverchip.Second,inthelaserreceivermodule,introducedseveralkindsofphotoelectricconver