基于DSP的调频连续波激光测距信号处理技术

发布时间：2017-06-27 22:14

  本文关键词：基于DSP的调频连续波激光测距信号处理技术，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文针对调频连续波激光测距信号处理技术展开研究,基于DSP嵌入式处理器进行信号处理硬件设计和软件算法实现。论文首先根据三角波调频测距原理进行测距算法设计,通过仿真分析选择Chirp-Z算法进行频谱细化以提高系统测距精度,并根据激光受烟雾干扰的回波特性设计基于归一化频谱的烟雾干扰判决方法;并针对三角波调频测距需进行时频域转换的特点,选择TMS320F28335 DSP作为核心处理器完成信号处理系统的软硬件设计。论文设计并制作了基于TMS320F28335的调频连续波激光测距信号处理最小系统,主要包括对DSP的外围电路、外部存储器模块、ADC调理电路及SCI串口通信模块的原理图设计并和PCB制版调试,搭建了可用于调频连续波激光测距算法实现的硬件平台。基于该硬件平台进行调频连续波激光测距信号处理算法设计及算法移植,设计了包括AD采样、FIR滤波、FFT变换、烟雾干扰判决算法及Chirp-Z频谱细化算法的实现流程,并设计串口发送程序进行距离输出显示。最后,论文中完成了对TMS320F28335信号处理最小系统的功能测试;并连接激光测距前端收发模块,搭建完整的调频连续波激光测距原理样机,进行不同距离、不同目标、不同交汇角及不同烟雾可见度情况下的激光测距实验,对测距结果进行分析。测试结果表明,本调频连续波激光测距原理样机能够完成对3m至13m范围内不同目标的测距,经优化后测距系统的测距最大误差为?0.26m,均方差为0.158m。
【关键词】：激光测距 调频连续波 DSP 频谱细化 烟雾干扰
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P225.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 本论文研究的目的和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势11-15
• 1.2.1 调频连续波激光测距技术现状及趋势11-13
• 1.2.2 调频连续波激光测距信号处理技术现状及趋势13-14
• 1.2.3 烟雾对激光传输影响的研究现状及趋势14-15
• 1.3 主要研究内容和安排15-17
• 第二章 调频连续波激光测距信号处理系统总体方案设计17-35
• 2.1 调频连续波激光测距原理17-19
• 2.1.1 调频连续波激光测距系统工作原理17-18
• 2.1.2 三角波调频测距原理18-19
• 2.2 测距算法方案设计与仿真研究19-25
• 2.2.1 频谱分析及细化方法研究19-22
• 2.2.2 频谱细化算法仿真22-25
• 2.3 烟雾干扰判决算法研究25-31
• 2.3.1 激光在烟雾中的传输特性研究25-26
• 2.3.2 基于归一化频谱的测距判决算法设计26-29
• 2.3.3 判别方法测试验证29-31
• 2.4 信号处理方案设计31-34
• 2.4.1 信号处理部分主要功能31
• 2.4.2 核心处理器方案选择31-32
• 2.4.3 DSP芯片选型32-34
• 2.4.4 信号处理系统设计流程34
• 2.5 本章小结34-35
• 第三章 调频连续波激光测距信号处理系统硬件电路设计35-44
• 3.1 信号处理系统功能描述及资源分析35-36
• 3.2 硬件总体结构设计36
• 3.3 硬件原理图设计36-41
• 3.3.1 DSP电源、时钟及复位电路设计36-39
• 3.3.2 外部存储器设计39-40
• 3.3.3 ADC电路设计40-41
• 3.3.4 SCI串口通信电路设计41
• 3.4 PCB版图设计41-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第四章 调频连续波激光测距信号处理算法设计及软件实现44-56
• 4.1 信号处理算法实现功能及步骤44
• 4.2 软件算法设计44-53
• 4.2.1 ADC流程设计44-46
• 4.2.2 FIR滤波器设计46-48
• 4.2.3 FFT算法设计48-49
• 4.2.4 Chirp-Z算法设计49-51
• 4.2.5 烟雾环境下测距判决算法51
• 4.2.6 串口输出流程设计51-53
• 4.3 信号处理算法总流程设计53-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第五章 调频连续波激光测距系统测试实验56-69
• 5.1 DSP信号处理最小系统测试56-61
• 5.1.1 测试目的56
• 5.1.2 测试过程56-57
• 5.1.3 各模块测试结果57-61
• 5.2 激光测距实验61-68
• 5.2.1 实验目的61-62
• 5.2.2 测试系统组成62-63
• 5.2.3 实验参数设置63
• 5.2.4 实验过程63
• 5.2.5 实验结果分析63-68
• 5.3 本章小结68-69
• 结论69-70
• 参考文献70-74
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单74-75
• 致谢75

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