机载激光雷达高分辨率多通道信息获取技术研究

发布时间：2023-05-06 16:29

　　激光雷达的探测能力很强，尤其表现在对地形以及植被空间结构方面，而且它的成像机理和被动光学遥感有着显著的差异。同时，高分辨时间间隔测量技术无论是在电信通讯还是国防航天领域，都有着至关重要的地位。中国科学院上海技术物理研究所与嘉兴市政府合作的科技计划项目支持开展小型化机载激光雷达的研制，本课题依托该项目对机载激光雷达的探测技术进行研究，搭建了一个高分辨率多通道信息获取系统，为森林参数的定量测量和反演以及城市激光遥感的应用提供技术基础。 论文根据机载激光雷达的总体系统框架，首先基于跨阻放大电路、压控放大电路和差分接收放大电路设计了激光回波的探测电路。然后对回波的探测信号进行时刻鉴别，论文采用恒比定时时刻鉴别避免了传统固定门限鉴别产生的距离行走现象。最后介绍了插值法和抽头延迟线的原理，设计了基于FPGA利用抽头延迟线法实现时间间隔测量的方案，给出了FPGA进位链、时钟系统以及译码器模块等关键技术的设计。根据前述电路模块的设计，本课题搭建了基于FPGA直接实现时间间隔测量的系统，该系统经过实验室测试，具有较高的分辨率和多通道测量能力，测时精度为60⁸0ps，与国内外研制的机...

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

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致谢
摘要
ABSTRACT
目录
1 引言
    1.1 课题研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 研究内容和结构安排
2 激光雷达测距理论概述
    2.1 雷达系统的基本组成
    2.2 激光雷达测距原理
        2.2.1 直接探测原理
        2.2.2 时间间隔测量原理
    2.3 激光雷达测距方程
        2.3.1 激光雷达测距基本原理
        2.3.2 激光雷达测距的一般方程式
        2.3.3 激光雷达测距的特殊方程式
    2.4 激光雷达测距的信噪比分析
        2.4.1 信号光电流
        2.4.2 噪声电流
        2.4.3 信噪比方程
    2.5 基于脉冲式激光测距的精度分析
        2.5.1 固定延迟误差
        2.5.2 时钟频率漂移误差
        2.5.3 计数抖动误差
3 机载激光雷达测时系统方案设计
    3.1 机载激光雷达组成概述
        3.1.1 机载激光雷达的系统框架
        3.1.2 机载激光雷达回波接收系统结构
    3.2 激光回波探测
        3.2.1 跨阻放大电路
        3.2.2 压控放大电路
    3.3 恒比定时时刻鉴别
        3.3.1 时刻鉴别常用方法概述
        3.3.2 恒比定时时刻鉴别的原理
        3.3.3 传统恒比定时时刻鉴别的误差分析
        3.3.4 恒比定时鉴别的电路实现
    3.4 基于 FPGA 高分辨率测时的关键技术
        3.4.1 抽头延迟线法概述
        3.4.2 基于 FPGA 的内插测时原理概述
        3.4.3 进位链设计和时钟系统设计
        3.4.4 译码器模块设计
        3.4.5 基于 FPGA 高分辨率测时的电路实物图
4 基于 FPGA 测时的系统性能测试与分析
    4.1 激光回波探测性能分析
        4.1.1 跨阻放大电路测试分析
        4.1.2 压控放大电路测试分析
    4.2 恒比定时时刻鉴别误差分析
    4.3 基于 FPGA 测时精度及稳定性分析
        4.3.1 基于 FPGA 测时的精度分析
        4.3.2 环境温度影响分析
        4.3.3 延时链的非均匀性校准
5 总结与展望
    5.1 研究工作总结
    5.2 未来工作展望
参考文献
作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3809246