脉冲激光测距系统及其算法研究

随着激光测量技术得到广泛应用,因此提高激光测距精度成为了一个热门的研究内容。本文首先主要介绍脉冲式激光测距的原理[1],为了精确检测回波信号,本文采用了门限法去除回波噪声[2]。基于能够有效地提高测量精度的目的,本文讨论了几种减少时间间隔测量误差的算法,结合系统的要求,提出一种在现场可编程门阵列（FPGA）中实现脉冲计数法与时间数字转换法相结合的方法来提高时间间隔测量精度[3－5]。实验结果表明,采用的测距算法有效地提高了测量精度。     

基于最大熵谱估计的回波信号检测技术研究

提出了最大熵谱估计和LMS自适应算法提取激光测距系统的反射回波信号。研究了最大熵谱估计的信号检测原理,采用Burg算法求取AR模型相关参数,设计LMS自适应滤波器提取回波信号,并分析了Burg最大熵谱估计在激光测距系统回波信号检测中的应用。仿真分析表明,最大熵谱估计和LMS自适应算法相结合可以有效地从背景噪声中提取有用的激光反射回波信号。     

基于星载激光测高仪多模式回波的激光测距修正值分析

星载激光测高仪多模式回波是由多个目标产生的子脉冲组合而成。根据多模式目标的空间分布特点,采用倾斜角、区域面积、中心位置和高度等参数实现其子目标的几何化建模,结合目标响应函数的基本定义,利用线积分的方式构建了子目标响应函数的表达形式。同时,基于一阶矩理论推导出子目标激光测距真值及其修正值的数学模型。以星载激光测高仪GLAS系统参数为输入,利用数值分析的方法,模拟出子目标倾斜角、面积和位置对接收脉冲回波形态和激光测距修正值的影响。结果表明,随着子目标倾斜角、区域面积和子目标偏离光斑中心距离的增加,激光测距修正值也逐渐增大。针对平坦目标、缓坡目标和陡坡目标,其激光测距修正值分别达到1.33 m、4.98 m和12.07 m,其影响程度非常大。基于激光测距修正值的分布规律,以子目标倾斜角、面积和中心偏距为变量,采用线性函数描述了激光测距修正值的理论表达形式,所得结论对于提升多模式激光测距值的测量精度具有重要的指导作用。     

基于附加信号回波抵消的FPGA实现

针对基于附加信号回波抵消在硬件设计中出现的迭代误差累积导致信道估计不准确和耗费大量FPGA资源的问题,对算法进行了改进。从主径开始估计回波信道的方法,提高了信道估计精度和减少了FPGA资源消耗。然后,在FPGA平台上用硬件语言Verilog HDL对此回波抵消系统加以实现。仿真结果表明此设计在回波抵消方面具有良好的效果。     

基于FPGA与TDC-GPX2的相位激光测距系统设计

针对传统相位测距系统精度不高和结构复杂等缺陷,设计出一种基于FPGA与TDC-GPX2的相位激光测距系统.该系统首先设计了激光发射和接收部分的光学结构,其次设计了硬件系统中的光电检测电路和混频电路,最后采用数字转换芯片TDC-GPX2测量发射信号和反射信号的时间差,并以FPGA为核心处理器进行数字鉴相将时间差转化为相位...     

FPGA在远程激光测距中的应用

介绍了利用ALTERA公司的FPGA芯片(EP1C3T144I7)及其配置芯片(EPCS1SI8)进行激光测距机设计的一种实现方法。对于系统硬件的工作流程和软件的设计给予了描述,最后给出了外场实验的测试数据。试验数据表明,该系统达到了良好的效果。该系统具有体积小、功耗低、工作稳定、性能优越、可在线重复编程、升级能力强的特点。     

基于FPGA的激光定距系统信号处理方案设计

激光近程定距系统根据系统的不同作战环境和需求,应采用相应适合的作用体制．本文介绍了脉冲激光测距机定距体制的基本原理,并分析了该体制的作用要求和测量误差．在此基础上提出了基于FPGA的激光定距系统信号处理电路的设计方案以及功能仿真和硬件电路的实现。     

激光脉冲弱小回波信号提取方法研究

在激光红外复合制导中,主动激光雷达可以提供探测目标的距离信息,并与红外探测方式实现光电互补,有助于提高复杂战场环境下精确制导的准确率。激光测距时,准确的回波位置检测是确保测距精度的关键。而信噪化是决定精度和作用距离的关键。为了提升脉冲回波信号的信噪比,本文提出了一种结合自相关滤波算法与改进的奇异值分解方法的微弱脉冲提取方法,并分别采用仿真数据和实际采集的脉冲激光回波信号进行去噪实验,实验结果表明,本文所提出的方法能够有效地提升回波信号的信噪比,有助于提高激光测距的精度。     

基于FPGA的激光告警高速信号采集系统设计

针对二维激光告警中对于实时采集高速军用目标图像以及处理的需求,设计了一种具有高速高精度的模数转换系统。该系统采用LTC2175-14模数转换芯片作为核心,设计了外围电路以及驱动控制电路将转换后的数字信号传输至FPGA(Field Programmable Gate Array),最后在上位机实现图像显示。同时利用532 nm波长的激光模拟可见光,1 064 nm波长的激光模拟近红外光验证该系统可靠性。经实验证明,该系统的图像读出时间达到ns级,完全满足激光告警图像高速实时传输处理的需求,并且在低功耗方面也具有优异的表现。     

一种LD激光测距回波探测电路的设计

雪崩光电二极管APD(avalanche photo detector)因其具有很高的内部增益,是目前LD(Laser diode)激光测距中最常用的光电探测器件.挖掘激光测距系统的探测能力、提高探测概率的最终途径是提高激光回波信号的信噪比.从LD激光测距的特点出发,在分析了APD光电探测电路噪声的基础上,结合脉冲回波信号的特征,利用微弱信号检测的理论,提出了一种利用相关检测来提高回波信号信噪比的检测电路.结果表明,回波信号的信噪比有了一定提高,且结合了自动增益控制电路,为后续的时间间隔测量的精度提供了保证.     

矢量内积法高速相位式激光测距技术

测量速度和测量精度是相位式激光测距系统的两个重要指标。针对高速高精度测距需求,研究了基于矢量内积(Vector Inner Product, VIP)法的高速数字鉴相方法,从鉴相计算的点数、鉴相计算速度和鉴相精度等方面对VIP法的鉴相性能进行了仿真分析和实验测试,并与传统的数字频域鉴相法(Discrete Fourier Transform, DFT)进行了性能对比。仿真和实验结果表明,VIP法具有更高的鉴相速度和鉴相精度,当信号调制频率为50 MHz时,基于高速采样板卡实测得到的鉴相精度优于0.1°,测距精度0.2 mm以内,相同计算点数VIP法的鉴相处理速度是DFT法的3倍。研究结果表明,VIP法具有鉴相精度高、鉴相速度快的优点,适用于高速高精度激光测距系统。     

基于超窄脉宽激光器的厘米级测距技术研究

首先对影响脉冲激光测距精度的因素进行了分析,认为提高时间间隔测量计数器频率,采用快速电路,缩短激光脉冲上升沿时间和提高系统信噪比都可以提高脉冲激光测距精度,而缩短激光脉冲上升沿时间对提高测距精度效果明显。在此基础上,基于1.2 ns超窄脉宽激光器,设计了一种高精度脉冲激光测距实验装置,实验结果表明,单点测量精度小于1.2 cm。     

基于FPGA的超声波测距系统设计与实现

针对单片机为控制核心的测距系统运行速度慢、抗干扰能力低且测量精度难以提高的不足,文中给出了以FPGA为控制核心、基于回波检测法的超声波测距系统,主要由超声波测距模块、FPGA模块和温度测量电路模块构成。实验表明:该系统运行速度快、抗干扰能力强,精度较高,可以满足车辆避障、液位测量等场合的用户需求。     

基于阵列探测技术的激光测距数据预处理方法

阵列探测技术对回波信号及其微弱的空间碎片激光测距系统具有重要意义,可提高探测成功概率。针对这一崭新的激光测距技术,文中研究了基于阵列探测技术的激光测距数据预处理方法。在常规卫星激光测距数据预处理方法基础上,针对阵列超导探测器特点,结合地靶测量方法和多高斯拟合及互相关分析方法,实现了多通道激光测距数据的通道间的时间偏差修正;利用泊松统计分析、循环拟合滤波等方法,实现了多通道激光测距数据的自动识别、数据拟合等。目前该方法已经成功应用于中国科学院云南天文台4×4阵列激光测距试验平台试验中,并获得良好的效果。     

基于星间激光测距的高轨卫星定位技术研究

针对传统的高轨卫星定位技术存在定位精度低的问题,提出了基于基于星间激光测距的高轨卫星定位技术。在高轨卫星飞行器上安装低噪声激光探测器,借助激光探测器、发射机以及接收器构建星间通信链路,分析接收天线的接收功率与发射天线的发射功率之间的关系,通过激光脉冲传输空间测距与高轨卫星信号捕获接收功率和发射功率获得定位初始数据;再分析星间相对运动和修正电离层误差,得到定位数据的精确解算融合结果。选取精度因子DOP作为评判高轨卫星定位技术的参数,通过仿真实验发现高轨卫星定位技术比传统定位技术的平均DOP值高2.89,由此证明所提定位技术的定位精度更高。     

基于FPGA的高速脉冲调制

量子密钥分发是一种能够提供物理上安全的密钥分发方式,如今以成为信息安全领域中热门研究学科,但是由于在量子密钥分发中其成码速度的限制影响了它实际应用性。提高LD驱动脉冲调制速度,可以有效地提高信号发射速度,从而加快量子密钥分发的成码速率。采用循环驱动的方法,可以在时钟频率200MHz的条件下,在FPGA中实现200MHz的脉冲调制速度。实验结果显示,采用该方案产生触发脉冲驱动LD,输出量子信号的抖动小于2ns,满足了量子密钥分发的要求。     

一种基于系统采样时钟量化的无人机测距方法

为了解决基于单载波频域均衡(SC-FDE)高速数据链无人机测控系统的地空双向距离测量问题,提出了一种基于系统采样时钟量化的无人机测距方法,将机载/地面测距信息分别量化至机/地系统采样时钟的计时器,完成地空双向距离的测量。理论分析和地空链路测试平台实验结果表明,新方法在复杂多径环境下实现了地空双向距离测量,降低了测距分系统的设计复杂度,地空双向实际测距均值与等效自由空间传输延迟一致,且测距精度满足理论测距误差设计值。该测距方法在无人机测控系统中具有良好的应用前景。     

脉冲法激光测距关键技术研究

文章主要是对远距离激光测距系统的关键技术进行研究,重点介绍了时刻判别方法与硬件实现,计时方法与实现。利用FPGA内部的PLL的倍频和移相来提高测量精度,具有成本低、系统简单且精度相对较高的特点。并提出了一种延迟滤波检测方法,只有当回波信号达到一定的脉宽才认为回波信号有效,有效减少噪声引起的毛刺所带来的误判。