基于四象限探测器的激光定位系统研究

发布时间：2017-12-10 08:01

  本文关键词：基于四象限探测器的激光定位系统研究

  更多相关文章： 激光定位 信号预处理 高斯分布 FPGA

【摘要】：激光定位在当今科学研究和技术应用中具有非常广阔的发展前景,可广泛应用于激光制导、自由空间光通信、光镊技术以及精密工业检测等领域。随着现代工业的发展与生产力的提升,人们对激光定位测量的精度和线性范围的要求越来越高。本文围绕激光定位技术中系统结构、信号预处理、定位算法和修正算法进行深入研究与改进,并将定位系统在FPGA上硬件实现。首先,比较了市面上常用的三种光电位置探测器的原理与特性,选用四象限探测器作为定位系统光电位置探测器。在分析了系统组成结构后,设计并绘制了放大、信号采集与处理、电源电路板,为之后信号预处理与算法实现提供了硬件平台。硬件实现时为获得更真实有效的回波信号,以便后续定位算法的求解,设计了伪随机编码、波门锁定、自增益控制以及脉冲提取等信号预处理模块。其次,通过分析能量非均匀分布的光斑对系统测量精度和线性范围的影响,在传统加减算法基础上,提出了一种基于高斯分布的光斑质心定位算法,提高了定位精度和线性范围。同时,对四象限探测器定位原理的误差分析,分别从非均匀性和背景光、暗电流干扰两个方面进行数据修正,以此改进了定位系统标定的方法,减小了系统误差。最后,设计并搭建了一套完整的基于四象限探测器的激光定位实验系统。通过实验测量验证了本文所提算法的可行性,并与传统加减算法相比较,在算法复杂度仅增加了一个标准正态分布表的存储的情况下,提升了系统线性范围和定位精度,使其适用于对探测精度和测量实时性要求都相对较高的场景。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN249

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本文编号：1273690