基于fpga的多脉冲激光测距技术研究

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1、分类号：TN24单位代码：10190研究生学号：201304025密级：无硕士学位论文基于FPGA的多脉冲激光测距技术研究ResearchonMultiplePulseLaserRangingTechnologyBasedonFPGA研究生姓名：衷春专业：电气工程指导教师姓名：陈娟指导教师职称：教授2016年4月长春工业大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，《基于FPGA的多脉冲激光测距技术研究》是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品

2、成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：年月日长春工业大学硕士学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解“长春工业大学硕士学位论文版权使用规定”，同意长春工业大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权长春工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。作者签名：年月日校内指导教师签名：年月日摘要脉冲激光测距是目前远距离测距中应用最广泛的测距技术，

3、传统激光测距机多采用模拟电路，结构较简单，但抗干扰能力差，在恶劣天气、复杂背景的环境下探测时，容易出现“虚警”或“漏检”现象，且测距精度较低。本文围绕着如何在激光测距机数字化、小型化、轻量化的前提下实现较远测距，并且有较高精度展开了研究。研究了激光测距的基本原理，介绍了脉冲激光测距的作用距离方程和信噪比方程，根据统计检测理论计算了满足虚警概率和探测概率要求所需的最小信噪比和阈噪比。并为了满足课题需求，本文设计了两种测距模式，近程模式和远程模式。远程模式测距时，针对激光回波信号微弱信噪比低，回波脉冲信号难以检测的问题，本文研究了微弱信号检测技术的理论和实现

4、，采用多脉冲探测，提出了一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的多脉冲微弱信号处理方法，重点研究了累加平均算法，经过理论推导和Matlab环境下模拟多脉冲测距实验，结果表明多脉冲累加平均利用信号相关而噪声不相关的特性，累加N次，能使信噪比提高N倍，恢复回波脉冲波形。搭建实验平台，为了确定回波脉冲的精确位置，对回波脉冲进行窗口为5的中值滤波处理，实验数据表明，该算法能够增大测程，测程1400m，误差小于1m。近程模式测距时，只要能探测到回波脉冲，就可直接测量发射脉冲与回波脉冲的时间差，时间间隔测量精度决定了测距精度，提出了一种基于时钟内插技术的高精度时间间隔

5、测量方法，利用FPGA内部锁相环产生5路同频率400MHz，相位均匀分布的时钟信号作为内插时钟，实验表明，测时分辨率250ps，误差小于10cm。关键词：脉冲激光测距累加平均时钟内插技术FPGAIAbstractPulsedlaserrangingisthemostwidelyusedtechniqueinthedistancemeasurement,traditionallaserrangingmachineadoptsanalogcircuit,hastheadvantagesofsimplestructure,buttheanti-interfer

6、enceabilityispoor,whenprobinginbadweatherandcomplexbackgroundenvironment,pronetothephenomenonof"falsealarm"or"Miss",andrangingaccuracylower.Thebasicprincipleoflaserrangingisstudied,andthepulselaserrangingperformanceequationandsignal-to-noiseratioequation,accordingtothestatistical

7、detectiontheorytocalculatethefalsealarmprobabilityanddetectionprobabilitytomeettherequiredminimumsignal-to-noiseratioandthresholdnoiseratio.Andinordertomeettherequirement,thispaperdesignstwomodels,short-rangemodeandremotemode.Remotemeasurementmode,forlaserweakechosignaltonoiserat

8、ioislowechosignalisdifficulttodetectthep