基于激光二极管的高重频扫描仪设计方法研究

发布时间：2017-11-24 19:35

本文关键词：基于激光二极管的高重频扫描仪设计方法研究

【摘要】：近年来,激光雷达在应急测绘、三维数字景区、电力选线、电力线路巡检、森林测绘、地形测量、水利设施勘测以及军事等领域均得到越来越多的应用,然而,作为激光雷达的核心部件,激光扫描仪却大多依赖于进口。由于国内缺乏性能优异的扫描仪产品与国外的激光扫描仪进行有力的竞争,进口激光扫描仪大多价格昂贵。目前,国内有很多单位进行了大功率激光扫描仪的研究,然而大功率的固体激光器又存在成本较高,重量较大的问题。为了满足小成本的应用,本文提出一种低成本的基于激光二极管的高重频激光扫描仪设计方法。选用激光二极管作为发射光源,设计大电流的驱动电路,驱动激光二极管发射高重频、窄脉宽、高峰值功率的脉冲激光,由于激光二极管的发散角较大,对出射激光进行准直,以确保激光二极管出射激光有较小的发散角和出射口径。设计了两种START信号获取电路,一种以PIN接收电路做主波探测获得START信号,另一种以驱动电流的监控信号作为START信号；利用APD接收电路进行回波探测,作为STOP信号。经过AD转换,START信号与STOP信号通过时间间隔测量电路得到激光往返时间,由激光的时间距离关系求得目标与扫描仪的间距。为得到较快的上升沿,并满足回波功率动态范围大的要求,设计了大带宽、大动态范围的自动增益放大电路对APD输出信号进行处理。设计成本较低、较稳定的旋转450镜用作扫描镜,根据探测距离的不同,通过调整扫描镜转速以及激光发射频率来改变地面扫描点的间距。编码器信息、时间间隔信息等都由FPGA进行处理,并由FPGA控制电机转速以及保证系统各部件的同步。另外,针对多回波处理的要求,提出一种新的利用硬件电路实现的多回波处理方法,并验证了其在双回波提取中的实用性。本文将各设计部件初步集成了扫描仪系统并进行了调试实验,初步实现了一套峰值功率30W、激光重复频率1-100KHz、脉宽12ns以及探测距离可达100m的基于激光二极管的高重频激光扫描仪系统。同时对其产品及市场前景进行了展望。
【学位授予单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN958.98

【参考文献】

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