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《基于fpga的相位式激光测距系统中信号源的研制》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、第23卷第5期量子电子学报、bl.23No.52006年9月CH工NESEJOURNALOFQUANTUMELECTRONICSSeP.2006:1007一2006一一文章编号5461()05070106基于FPGA的相位式激光测距系统中信号源的研制,,,,,赵欣李季张毅戚俊涂碧海夏慧(中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽合肥230031,摘要:提出在相位式激光测距系统中以FPGA代替专用DDS芯片作为信号源的方法并对在FPGA中实现DDS功能及其外围硬件实现作了具体阐述,最后系统验证信噪B以上。它比传统的相位测距比可达60d拥有更好的信号源
2、、频率转换率、以及更低的功耗和更小的体积:;;DDS;FPGA关键词光电子学相位式测距中图分类号:TN248文献标识码:A1引言相位式激光测距,又称连续波测距,是利用发射的调制光和被目标反射的接收光之间光强的相位差包含的距离信息来实现对被测目标距离的测量,由于采用调制和差频测相等技术,因此具有测量精度高等优,,、、点其精确度可达毫米量级被广泛应用于军事大地测绘工程应用等图1为数字相位式激光测距原理框图。可看出测距原理是基于光波信号的相位差,为了保证高频相位检测的精度,采用了差频测相的方法,即在测距仪内通过对主振频率和本振频率的混频,将参考信号和
3、测距信号变成中频和低频信号,(高频调制信号中的相位信息并没有改变)然后再对该差频信号进行相位比较,得到包含距离值的相位信息,这样得出的相位值要比直接对高频信号鉴相精确的多。因此调制激光器以及作为差频信号的信号源,其连续性和稳定度对测距结aserrana果起着决定性的作用。在以往的相位式测距系统中,PLLFiglLgefinderbasedondigi七lase一s1easureenP一,Ph}1介m皿t(hasefockedlo叩锁相环)因其频率的高稳定度而常作为正弦信号激励源,但随着科技发展的需要,PLL已经不能满足多尺测距或需要频繁跳频的场
4、合,因此DDS,。(DirectdialCySyn七heer直接数字频率合成)作为一种新的频率合成技术应运而生DDS是一蜘frequensiz种新型的数字频率合成技术,它的频率切换速度快,精度高,且在一定范围内可实现任意频率和波形的输出。,,本文在研制星载激光测距系统的背景下选用FPGA(Fieldprogrammablegatear:盯现场可编程门阵列)来实现DDS的功能,它具有输出频谱纯度高,在线调试简便,任意编程及优化的模块任意调用,可实现不同的频率输出,且占用电路板面积小,集成度高,抗电磁干扰小,非常适合于星载体积小、功耗低的场合。收稿
5、:2005一06一05;:2005一06一27日期修改日期.E一Illail:zhaoxin79@163eom乙。702量于电于字于反仓.~一~~~~-一--一一-一---一一一-一----一-一-一----一一一一一一一一一一一一一2基于FPGA的测距电路一2.1FPGA选型及原理框图设计,,,l本课题要求激光测距机测程为10m、2kl为保证测距精度采用了三把不同频率的尺子来回切换进行组合衔接的方法完成距离测量,测尺及精度如表1所示。,Table1easurementfrequeney由于测距目标是处在运动状态于是采用在距离1~20km范Ma
6、ndaeeuraey。围内使用11<。和20km两把尺子结合在距离1~10km范围内调制频率周期波长精度1kl。使用n和10m两把尺子结合来对物体进行跟踪测距这祥z10.01mF=15MH班0为满足系统测距要求,则需要5种不同频率的测尺(7.5kHz不需z1km111工F=150kH,,要本振差频)即使用5组DDS芯片产生主振和本振这样不但F.z20km20m=75kH增加了信号源本身的电路复杂度,下级电路如混频和滤波也相应的增加,这对星载中功耗低、体积小和质量轻的要求都不符合。在此条件下提出在以单片FPGA为核心,实现多组DDS的功能,同时混
7、频和滤波也可在片内实现首先在总体上设计出FPGA内部结构框图,如图2所示,FPGA内部设计了15M,14.985M,15oK135K,75K的正弦波发生器(即DDS)。4个乘法器及3个FIR数字滤波器和5个低通滤波器。乘法器都是作差频用的,低通滤波是滤除差频后的高频项。所有模块时序都是由内部PLL提供时钟脉冲来协调。FPGA选用的是Altera公司的Cyclonel,,系列[l]其内部拥有大量的逻辑资源并,,集成PLL块状的EAB和DSP模块非常适合做查找表结构的时序电路以及低成本数DSP。字信号处理()应用设计软件是.u,Qal’tus142
8、它支持任何A1七era公司器件的编。程及下载2‘2频率尺的设计2.2.1DDS原理DDS的工作原理[s]是利用正弦信号.ntrrueralloFig2
