激光测距关键技术分析与实现

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1、摘要摘要随着国民经济的快速发展，交通系统智能化的需求越来越迫切，激光测距技术在其中扮演着重要的角色，激光测距相较于其他测距方式有着精度高，抗干扰能力强等优势，从而得到了广泛的应用。论文结合激光三维扫描系统中对激光测距系统的要求，提出了脉冲式激光测距的解决方案，主要内容分为放大电路设计，时刻鉴别电路设计，时间测量电路设计以及主控电路设计四个部分，同时，为了更贴切飞机自动泊位引导系统中的实际使用环境需求，设计中也考虑了激光测距平台其它功能模块的可扩展性，例如扫描伺服机构控制模块等。激光测距系统是一个

2、较为复杂的光电混合、模数混合系统，是涉及到多个学科的交叉学科，本论文的工作主要集中在电路部分。首先，论文在分析了基本的激光测距方程的基础上，提出了前置放大器的设计思路，前置放大器也被称作跨阻放大器，主要完成电流信号到电压信号的转换，前置放大器输出脉冲输出至主放大电路，脉冲经两级电压放大，最终被送至时刻鉴别单元，时刻鉴别单元采用恒定比值鉴别法得到时间间隔测量所需的鉴别时刻。时间间隔测量是激光测距系统的关键模块，论文在讨论了模拟内插法、时间幅度转换法、时间数字转换法等多种时间测量方法的基础上，提出了

3、基于TDC-GP21芯片的时间间隔测量电路，测试结果表明，时间间隔测量最大标准差控制在100ps左右，对应测量距离约为15mm。论文同时也完成了激光三维扫描的其他控制电路设计，并编写了相应的控制程序，最后制作了激光测距实验平台实物以及整个飞机自动泊位引导系统的样机。本课题基于QuartusII完成了FPGA逻辑电路部分设计与仿真，并基于AltiumDesigner完成了电路和PCB设计，嵌入式软件基于AtmelStudio6集成开发环境进行开发。在论文的末尾，给出了所设计的电路仿真和实验测试结果

4、，实验结果表明本论文中所讨论的方法能够满足系统要求。关键词：脉冲激光测距，PIN光电管，脉冲放大，高精度计时IABSTRACTABSTRACTWiththerapiddevelopmentofthenationaleconomy,thedemandofintelligenttrafficsystemismoreandmoreurgent.AndLaserRangeFinder(LRF)playsanimportantroleinthisindustry.Comparedtotheotherdis

5、tancemeasuringmethod,LRFiswidelyusedforitshighprecisionandpowerfulanti-jammingperformance.Basedontherequirementof3Dlaserscanningsystem,thisthesisputsforwardthesolutionsofpulsedLaserRangeFinder.Themaincontentofthethesisisdividedintofourparts,amplifier

6、circuit,timediscriminationcircuit,timemeasurementcircuitandthemaincontrolcircuit.InordertogetclosertotheneedsofAircraftAutomaticDockingGuidanceSystem,thedesignalsotakesthescalabilityoftheLaserRangeFinderintoconsiderationforotherfunctions,suchasscanni

7、ngservocontrolmodule.LaserRangeFinderisacomplicatedphotoelectric,mixed-signalsystem.Itisainterdisciplinarystudiesrelatedtomulti-disciplines.Thisthesisfocusonthecircuitpartofit.Atfirst,thethesisputsforwardpreamplifier,transimpedanceamplifierinthesame,

8、basedontheanalysisoflaserrangingequation.Itisusedtoconvertcurrenttovoltage.Andtheoutputpulseofpreamplifierissenttothemainamplifierandthemainamplifierisavoltageamplifier.Atlast,thepulseissenttothediscriminationunitandthedifferentialtimeisgetbyconstant