大视距激光测距高精度测时系统设计与实现
发布时间：2021-08-15 05:16
距离测量在我们生产生活中有着重要作用,随着社会的发展,对测距精度和范围都提出了更严格的要求,激光测距技术应运而生。由于激光固有的特性使得激光测距能够达到很高的精度,现在激光测距已经进入社会的各个领域。激光测距控制系统决定了激光测距的精度和量程,本文旨在设计一款高精度大量程的激光测距控制系统。激光测距原理主要分为脉冲测距法和相位测距法两种,本文首先对两种激光测距技术进行了研究和分析,通过对比两种测距方式的优缺点决定选取脉冲式激光测距法进行研究。本文以脉冲激光测距原理为基础,根据系统的性能需求,提出了测时系统的设计方案,并根据设计方案实现了测时系统。本系统利用FPGA作为核心控制芯片,高精度测时芯片TDC-GPX作为测时芯片,该芯片的测时精度能够达到皮秒量级,对于测时芯片来讲,测时范围越大,误差就会越大,所以当下很多系统测时范围都受到测时芯片性能的限制,为了突破该限制,本文改进了控制系统。为了实现大量程高精度测距,系统将脉冲计数法与TDC测时法相结合,使系统不仅具有脉冲计数法长时间测量的能力,而且具有TDC测时法高精度的特点,真正实现了大量程高精度的时间测量。系统设计包括软件设计和硬件设计...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
脉冲式激光测距原理图
图 2-3 计时波形图根据式(2- 2)可以知道测距的精度与时钟周期 T 密切相关，所以提高该方法的精度的关键在于提高时钟频率和时钟的精度。对于采用专用测时芯片的方式，只需要将 START 和 STOP 信号给测时芯片就可以测量出精确的时间了。2.3 系统需求系统的性能指标如表 2-1 所示，其中测距范围要求能够进行超过万米的大量程测距，在该测距范围的情况下希望测距精度能够达到 50cm。表 2-1 测距系统的性能指标性能指标 本系统测距精度 50cm(1666ps)
11 0x7FF0000 任何 Error 均置起错误标志位12 0x2000000 内部计时完成置起中断标志位14 0x0000000 -在初始化的开始要求先对 TDC 进行上电复位，在初始化的过程中为了防止受到测试信号的干扰，将 StopDis 置位，该信号置位后 TDC 就不会再接收八个通道的结束信号了，然后分别对各配置寄存器写数，配置完成后将 StopDis 复位，等待测量。系统的初始化的操作过程就是根据伪代码提供的操作进行的。图 2-7 所示的是 TDC 写操作的时序图，分析该图可以得出基本的写操作时序，写操作过程中需要四个有效信号，分别是：ADR(地址)、WRN(写使能)、CSN(片选和 DATA(数据)。TDC 的写操作要求地址和片选信号应该在写使能有效前提供一个简历时间，在写使能失效后提供一个保持时间，而数据应该在写使能失效前一段时间提供，并且需要一个保持时间。表 2-3 中列出了相应时间参数的具体值。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FPGA的高精度TDC激光测距方法研究与优化[J]. 徐红丽,罗奇,孙小进. 激光杂志. 2016(11)
[2]航天器快捷交会技术分析[J]. 朱仁璋,王鸿芳,丛云天,李颐黎,余梦伦. 载人航天. 2014(02)
[3]激光测距技术国内外发展状况及原理[J]. 郑明杰,刘鑫. 科技创新导报. 2014(01)
[4]利用TDC-GP21的高精度激光脉冲飞行时间测量技术[J]. 岱钦,耿岳,李业秋,张乐,郝永平. 红外与激光工程. 2013(07)
[5]一种提高脉冲激光测距精度的方法[J]. 朱福,林一楠. 光电技术应用. 2011(02)
[6]一种新的短时间间隔测量方法[J]. 王海,周渭,刘畅生,王水平. 西安电子科技大学学报. 2008(02)
[7]提高相位激光测距精确度的研究[J]. 张慧,胡雅育. 上海电机学院学报. 2006(S1)
[8]脉冲半导体激光测距机的研制及应用[J]. 刘锋. 红外与激光工程. 2003(02)
[9]脉冲激光测距时间间隔测量及误差分析[J]. 杨成伟,陈千颂,林彦,霍玉晶. 红外与激光工程. 2003(02)
[10]小型低值LD激光测距仪的测距能力[J]. 张在宣,吴孝彪,郭宁,余向东. 半导体光电. 1999(02)
硕士论文
[1]高精度多路激光测控系统的设计与实现[D]. 郑林芳.哈尔滨工业大学 2017
[2]基于自触发的脉冲激光测距系统研究[D]. 杨惠强.北京工业大学 2016
[3]基于FPGA的多脉冲激光测距技术研究[D]. 衷春.长春工业大学 2016
[4]基于1.5μm的激光远距离测试系统[D]. 张洪浩.长春理工大学 2016
[5]低成本小型脉冲激光测距系统设计[D]. 陈昭.西安工业大学 2015
[6]星载脉冲激光雷达变频测距技术研究[D]. 邓全.西安电子科技大学 2014
[7]短程手持式激光测距仪的研究与设计[D]. 潘佳.华中师范大学 2014
[8]高精度脉冲激光测距仪的研究[D]. 陈羽.西安工业大学 2014
[9]窄脉冲激光探测与测距技术研究[D]. 杨凯强.西安工业大学 2014
[10]基于FPGA的高精度脉冲激光测距系统研究[D]. 李军.西安工业大学 2014
本文编号：3343929
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
脉冲式激光测距原理图
图 2-3 计时波形图根据式(2- 2)可以知道测距的精度与时钟周期 T 密切相关，所以提高该方法的精度的关键在于提高时钟频率和时钟的精度。对于采用专用测时芯片的方式，只需要将 START 和 STOP 信号给测时芯片就可以测量出精确的时间了。2.3 系统需求系统的性能指标如表 2-1 所示，其中测距范围要求能够进行超过万米的大量程测距，在该测距范围的情况下希望测距精度能够达到 50cm。表 2-1 测距系统的性能指标性能指标 本系统测距精度 50cm(1666ps)
11 0x7FF0000 任何 Error 均置起错误标志位12 0x2000000 内部计时完成置起中断标志位14 0x0000000 -在初始化的开始要求先对 TDC 进行上电复位，在初始化的过程中为了防止受到测试信号的干扰，将 StopDis 置位，该信号置位后 TDC 就不会再接收八个通道的结束信号了，然后分别对各配置寄存器写数，配置完成后将 StopDis 复位，等待测量。系统的初始化的操作过程就是根据伪代码提供的操作进行的。图 2-7 所示的是 TDC 写操作的时序图，分析该图可以得出基本的写操作时序，写操作过程中需要四个有效信号，分别是：ADR(地址)、WRN(写使能)、CSN(片选和 DATA(数据)。TDC 的写操作要求地址和片选信号应该在写使能有效前提供一个简历时间，在写使能失效后提供一个保持时间，而数据应该在写使能失效前一段时间提供，并且需要一个保持时间。表 2-3 中列出了相应时间参数的具体值。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FPGA的高精度TDC激光测距方法研究与优化[J]. 徐红丽,罗奇,孙小进. 激光杂志. 2016(11)
[2]航天器快捷交会技术分析[J]. 朱仁璋,王鸿芳,丛云天,李颐黎,余梦伦. 载人航天. 2014(02)
[3]激光测距技术国内外发展状况及原理[J]. 郑明杰,刘鑫. 科技创新导报. 2014(01)
[4]利用TDC-GP21的高精度激光脉冲飞行时间测量技术[J]. 岱钦,耿岳,李业秋,张乐,郝永平. 红外与激光工程. 2013(07)
[5]一种提高脉冲激光测距精度的方法[J]. 朱福,林一楠. 光电技术应用. 2011(02)
[6]一种新的短时间间隔测量方法[J]. 王海,周渭,刘畅生,王水平. 西安电子科技大学学报. 2008(02)
[7]提高相位激光测距精确度的研究[J]. 张慧,胡雅育. 上海电机学院学报. 2006(S1)
[8]脉冲半导体激光测距机的研制及应用[J]. 刘锋. 红外与激光工程. 2003(02)
[9]脉冲激光测距时间间隔测量及误差分析[J]. 杨成伟,陈千颂,林彦,霍玉晶. 红外与激光工程. 2003(02)
[10]小型低值LD激光测距仪的测距能力[J]. 张在宣,吴孝彪,郭宁,余向东. 半导体光电. 1999(02)
硕士论文
[1]高精度多路激光测控系统的设计与实现[D]. 郑林芳.哈尔滨工业大学 2017
[2]基于自触发的脉冲激光测距系统研究[D]. 杨惠强.北京工业大学 2016
[3]基于FPGA的多脉冲激光测距技术研究[D]. 衷春.长春工业大学 2016
[4]基于1.5μm的激光远距离测试系统[D]. 张洪浩.长春理工大学 2016
[5]低成本小型脉冲激光测距系统设计[D]. 陈昭.西安工业大学 2015
[6]星载脉冲激光雷达变频测距技术研究[D]. 邓全.西安电子科技大学 2014
[7]短程手持式激光测距仪的研究与设计[D]. 潘佳.华中师范大学 2014
[8]高精度脉冲激光测距仪的研究[D]. 陈羽.西安工业大学 2014
[9]窄脉冲激光探测与测距技术研究[D]. 杨凯强.西安工业大学 2014
[10]基于FPGA的高精度脉冲激光测距系统研究[D]. 李军.西安工业大学 2014
本文编号：3343929
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3343929.html
