激光雷达回波信号多通道高速并行采集系统

发布时间：2017-06-10 11:06

  本文关键词：激光雷达回波信号多通道高速并行采集系统，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在激光测距系统、激光三维雷达成像系统、立体显示、视频监控、生物医学工程等研究领域中,数据大规模高速采集、存储并传输分析的应用范围越来越广泛,提出的性能指标也越来越高。而随着技术设计方案的优化、FPGA颗粒芯片成本的降低、以及ASIC集成芯片工艺技术的发展,基于FPGA硬件平台的搭建,并以此为基础完成数据采集,数据存储、数据预处理的方法得到越来越多公司以及研究机构的认可。性能优异的数据采集设备作为激光三维雷达成像系统的重要组成部分,起着至关重要的作用,它完成了激光雷达成像系统中的数据采集、数据存储、数据传输的的任务,从而为后期的基于CDMA算法的数据处理工作奠定了基础。因此,研发出一整套高速实时、集成度高、可扩展性强的大规模数据采集系统具有十分重要的意义与价值。本文介绍了国内外激光三维成像雷达技术的研究背景,激光三维成像雷达是摄影成像技术与距离探测技术的相结合后的产物。通过对目标一维信息的成像,并通过测量平台的另一维平移来实现二维信息、的获取,加之利用激光的飞行时间得到的距离信息得到目标完整的三维信息。最后借助现代计高速算机技术将现实世界中得到的信息在虚拟的三维坐标空间内逆向重建再现目标的空间三维特征。激光三维雷达作为当前三维信息获取最快捷有效的技术手段之一,其在军事侦察、灾害救援、数字城市以及农林生态等领域都有广泛应用。本文根据激光三维成像雷达系统中的应用需求,研究了激光三维成像雷达中的多通道高速数据采集技术。激光三维成像雷达中的多通道高速采集系统采用高速多通道ADC实现多路回波的并行采集。选用Xilinx公司的FPGA乍为采集系统的核心控制硬件平台,并且实现了多通道脉冲激光回波的数据同步算法、跨时钟域数据处理及缓存处理、基于FPGA青细延迟单元的内光路矫正算法、千兆以太网数据传输和ADC芯片配置的功能,其中基于FPGA精细延迟单元的TDC设计对整个系统至关重要,解决了脉冲的触发信号和数据采集系统内部时钟边沿的精确测量问题。另外,本论文在研发数据采集系统中的相关算法及处理的同时,还提供了完整的验证方案,采用modelsim、matlab等仿真软件,为激光三维成像雷达多通道采集系统搭建了简单高效的验证平台,采用模拟激励信号、断言验证等验证手段,缩短了研发周期,保证了系统代码的稳定性。本论文提出的多通道数据采集系统以及相应的激光内光路矫正算法均经过硬件选型、算法设计、RTL级代码编写、软件测试和实验结果的优化与分析。经实际实验结果检验,基于FPGA采数据集系统具有实时处理、高集成度、可扩展升级、性价比高的优点,可以广泛应用于其它领域,可用价值较高。
【关键词】：高速数据采集 逻辑设计 FPGA 多通道 AD转换器 TDC算法
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN958.98
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-35
• 1.1 激光三维成像雷达技术研究背景9
• 1.2 国内外研究现状9-14
• 1.2.1 国外研究现状9-12
• 1.2.2 国内研究现状12-14
• 1.3 激光三维成像雷达采集系统技术设计14-15
• 1.4 高速采集技术设计的难点15-33
• 1.4.1 数字逻辑设计难点16-29
• 1.4.2 跨时钟域设计29-32
• 1.4.3 复位设计32-33
• 1.5 本论文的研究内容及章节安排33-35
• 第二章 激光三维成像雷达多通道高速采集系统35-54
• 2.1 多通道高速数据采集系统设计35-48
• 2.1.1 AD采集模块的设计36-48
• 2.2 基于TCP/IP的千兆网口数据上传48-54
• 2.2.1 TCP连接方式48-50
• 2.2.2 W5300芯片时序分析50-51
• 2.2.3 以人网通信的总体流程51-54
• 第三章 基于FPGA精细延迟单元的TDC矫正算法设计54-64
• 3.1 激光雷达系统中TDC的必要性54-56
• 3.2 信号延迟分析56-57
• 3.3 基于精细延时单元IODELAY的TDC57-59
• 3.4 TDC延时矫正单元的选择59-61
• 3.5 TDC精细延迟单元手动布局布线实验分析61-64
• 第四章 基于精细延迟单元的TDC校准实验64-67
• 4.1 校准实验场景64-65
• 4.2 TDC校准实验分析以及总结65-67
• 第五章 总结与展望67-69
• 5.1 全文总结67-68
• 5.2 今后研究方向68-69
• 参考文献69-72
• 致谢72-73
• 攻读硕士学位期间科研成果73-74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 彭正枫;王元庆;;基于FPGA精细延迟单元的TDC算法设计[J];光电子技术;2015年03期

2 彭正枫;杨晶;王元庆;;基于TDC算法的激光内光路精细矫正[J];光电子技术;2015年02期

3 肖汉波;;基于EV10AQ190的高速ADC接口设计[J];电子器件;2015年03期

4 辛文辉;华灯鑫;李仕春;宋跃辉;周智荣;;激光雷达多通道高速数据采集系统设计[J];量子电子学报;2014年03期

5 吴丽娟;李丽;任熙明;;盖革模式APD阵列激光雷达的三维成像仿真[J];红外与激光工程;2011年11期

6 张品;叶們;曾浩;;基于高速串行ADC的并行采集模块设计[J];电子测量技术;2011年09期

7 李武杰;郑晟;陈文辉;;Ethernet/IP工业以太网的研究及应用[J];电子设计工程;2011年09期

8 胡昌顺;高嵩;吴春瑜;张文婧;;SOC设计中多bits数据跨时钟域的解决方法[J];辽宁大学学报(自然科学版);2011年01期

9 张艺濒;张志斌;赵咏;郭莉;;TCP与UDP网络流量对比分析研究[J];计算机应用研究;2010年06期

10 仲建锋;胡庆生;孙远;;基于FPGA的多路高速串并转换器设计[J];电子器件;2008年02期

  本文关键词：激光雷达回波信号多通道高速并行采集系统，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：438233