基于FPGA的激光回波数据采集与传输系统设计

发布时间：2024-07-01 22:06

　　由于传统的激光测距仪所使用的模拟电路对于外界干扰的抵抗性能较差,在环境恶劣的情况下容易造成漏检以及虚警的情况,并且其组成元器件较多、体积和重量较大以及无法更进一步的提高信号的信噪比来滤出回波信号峰值。针对如上所述的不足,本文提出了采用数字化方式来对激光回波进行处理的一种方法,用数字化技术的优点为传统激光测距系统性能的不足进行改善。对激光测距仪在体积小和重量轻的情况下进行数字化设计来实现在远距离提高回波信噪比来将信号进行重构,来达到提高测距量程的目的。本文针对提高远距离测量时的激光回波微弱信噪比的目的设计出一个以ADC和FPGA为控制核心的数据采集系统,本系统中ADC对回波弱信号全波形采样并进行快速的数字化处理,FPGA对整个系统进行逻辑控制以及对数字化的数据进行FIFO缓存和累加平均处理。对激光测距原理、作用距离和信噪比等方面进行了更详细的介导和研究,并对回波信号数据采集系统中需要的技术作了更详细的介绍,其中包括A/D转换、数字累加平均、逻辑控制、信号处理和传输等技术。对本文使用的线性累加平均算法进行Matlab软件仿真,以证明其功能的优点,由结果得出对信号累加M次的估计,可使回波信噪...

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
缩略词
第一章 绪论
    1.1 课题背景和意义
    1.2 国内外的研究现状
    1.3 测量的原理
    1.4 本文研究的主要内容
第二章 激光测距原理分析
    2.1 脉冲激光测距的基本原理
    2.2 距离方程
    2.3 光电探测器信噪比以及输出噪声的分析
        2.3.1 信号光电流分析
        2.3.2 输出的噪声电流分析
    2.4 单脉冲虚警的可能性和脉冲探测的可能性
    2.5 测距误差的分析
        2.5.1 对偶然误差的分析
        2.5.2 对系统误差的分析
    2.6 本章小结
第三章 激光回波数据采集系统的设计方案
    3.1 数据采集系统的基本框架
    3.2 关键技术
        3.2.1 A/D数据转换
        3.2.2 逻辑控制以及信号处理
        3.2.3 数字式多点累加平均
        3.2.4 数据传输
    3.3 系统总体设计
    3.4 本章小结
第四章 基于MATLAB的线性累加平均算法仿真
    4.1 MATLAB简介
    4.2 算法的实现
    4.3 算法仿真的图形用户界面
    4.4 线性累加平均仿真验证
        4.4.1 仿真模型以及计算
        4.4.2 结果及分析
    4.5 本章小结
第五章 基于FPGA的数据采集系统设计
    5.1 系统总体设计
    5.2 采集系统的设计
        5.2.1 电源设计
        5.2.2 系统通信设计
    5.3 采集系统的逻辑设计
        5.3.1 FPGA开发环境以及FSM设计
        5.3.2 数据采集系统的逻辑设计方案
    5.4 ADC模块设计
        5.4.1 采样理论概述
        5.4.2 A/D转换器介绍及其发展历程
        5.4.3 ADC性能指标
        5.4.4 AD控制模块设计
    5.5 累加平均处理
    5.6 FIFO存储缓冲模块
    5.7 UART异步串行通信RS232发送模块
    5.8 数据采集系统状态机设计
    5.9 系统时钟模块
    5.10 PC程序设计
    5.11 本章小结
第六章 系统实验与分析
    6.1 仿真实验及结果
    6.2 测距实验及分析
        6.2.1 实验基本原理及方法
        6.2.2 局部中值滤波
        6.2.3 时刻鉴别
    6.3 本章小结
第七章 总结与展望
参考文献
致谢
在学期间发表的学术论文及取得的研究成果



本文编号：3999253