基于棱镜扫描的激光雷达关键技术研究

发布时间：2017-06-14 14:06

  本文关键词：基于棱镜扫描的激光雷达关键技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本研究主要借助棱镜扫描技术建立新型激光雷达测距系统,以往使用的测距模式,通过激光脉冲仅能完成一个对象的测量,但是这种新型激光雷达测距模式能够完成一定区间内所有对象的测量工作,通过可编程逻辑器件FPGA达到目的,最终形成集群式多对象捕捉这一核心技术,使激光雷达测距得到了进一步完善。对于关键技术的处理,主要是驱动步进电机更加可靠的工作,降低激光发射脉冲上升周期及其宽度,强化接收电路信噪比,使时间间隔计时变得更加合理,同时形成全面有效的改善机制。其本身由激光扫描、时间测量、大功率窄脉宽激光发射与精准的激光接收四个系统组成。发射环节通过半导体激光器形成窄脉宽的脉冲激光；接收环节则通过PIN型光电探测器完成光电转换及回波的鉴别。通过将FPGA这一关键技术确定成信号分析环节,最终完成激光发射时钟分频与高频计时时钟倍频,回波整形及测距计数等方面的有效控制,使系统在准确性与可靠性方面均能达到要求。最后,对激光测距系统进行实验分析,依据实验数据,分析误差产生原因,对FPGA信号处理进行仿真分析,在测试中,发现了整个设计方案的不足之处,提出了课题接下来的工作方向和要解决的问题。针对本文中提到的激光雷达测距系统,经过使用视场划分、激光扫描等方式满足了多个目标距离的测量,这个方法和以往的激光测距相比,它的可信度更高,并且能够得到更多目标的距离数据。
【关键词】：脉冲激光测距 FPGA 高功率窄脉冲 时间间隔测量 定比延时时刻鉴别 多目标测距
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN958.98
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外本领域的研究现状10-13
• 1.3 本文主要工作及结构安排13-15
• 1.3.1 论文的主要工作13
• 1.3.2 论文的结构安排13-15
• 2 激光测距技术15-23
• 2.1 激光测距方程15-16
• 2.2 激光测距实现的方式16-22
• 2.2.1 脉冲激光测距16-17
• 2.2.2 相位激光测距17-18
• 2.2.3 三角法激光测距18-20
• 2.2.4 干涉法激光测距20-21
• 2.2.5 光子计数法21-22
• 2.3 相位激光测距与脉冲激光测距比较22
• 2.4 本章小结22-23
• 3 棱镜扫描式激光雷达测距系统23-40
• 3.1 棱镜扫描式激光雷达测距系统总体设计23-25
• 3.1.1 多目标激光雷达扫描测距系统工作原理23-24
• 3.1.2 多目标激光雷达扫描测距的总体方案24-25
• 3.2 棱镜扫描式激光雷达测距系统测量精度的论述25-27
• 3.2.1 系统误差25
• 3.2.2 随机误差25-26
• 3.2.3 脉冲时刻鉴别精度26
• 3.2.4 时间间隔精度因素26
• 3.2.5 时刻鉴别抖动误差26-27
• 3.3 棱镜扫描式激光雷达测距系统中的关键技术27-38
• 3.3.1 时刻鉴别精度对激光雷达测距系统的影响27
• 3.3.2 前沿时刻鉴别法27-28
• 3.3.3 恒定比值法28-30
• 3.3.4 零点检测法30-31
• 3.3.5 定比延时时刻鉴别法31-34
• 3.3.6 时间间隔测量精度对激光雷达测距系统精度的影响34-35
• 3.3.7 脉冲计数法35-36
• 3.3.8 时间扩展法36-37
• 3.3.9 时间幅度转换法37-38
• 3.4 与待测目标的相对运动38-39
• 3.5 本章小结39-40
• 4 棱镜扫描式激光雷达测距系统硬件设计40-59
• 4.1 系统总体设计40-41
• 4.1.1 系统设计的技术参数40
• 4.1.2 系统总体方案设计40-41
• 4.2 激光雷达扫描控制单元41-42
• 4.2.1 扫描电机的选择41
• 4.2.2 扫描棱镜的设计41-42
• 4.3 激光雷达收发单元设计42
• 4.4 激光发射电路设计42-49
• 4.4.1 激光器选型44
• 4.4.2 半导体激光器驱动电路44
• 4.4.3 脉冲产生电路设计44-46
• 4.4.4 激光驱动电路设计46-49
• 4.5 激光接收电路设计49-56
• 4.5.1 探测器选型49
• 4.5.2 信号处理电路设计49-56
• 4.6 其他电路设计56-58
• 4.6.1 电源电路设计56-57
• 4.6.2 控制电路设计57-58
• 4.7 本章小结58-59
• 5 棱镜扫描式激光雷达测距系统软件设计59-68
• 5.1 数字时钟管理模块59-64
• 5.1.1 Xilinx的DCM模块结构59-60
• 5.1.2 DCM模块的IP Core的使用60-64
• 5.2 扫描电机控制64
• 5.3 回波整形64-65
• 5.4 测距计数65-67
• 5.5 本章小结67-68
• 6 棱镜扫描式激光雷达测距系统实验与误差分析68-83
• 6.1 测距实验68-82
• 6.1.1 测距实验平台68-69
• 6.1.2 测距实验方法69
• 6.1.3 测距实验结果69-81
• 6.1.4 误差分析81-82
• 6.2 本章小结82-83
• 7 结论83-85
• 7.1 课题总结83
• 7.2 系统存在的问题83-84
• 7.3 本课题的展望84-85
• 参考文献85-88
• 攻读硕士学位期间发表的论文88-89
• 致谢89-91

  本文关键词：基于棱镜扫描的激光雷达关键技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：449649