基于FPGA的激光测距回波信号高速采集研究

在激光测距系统中,微弱回波信号的检测处理一直是一个难题.本文主要讨论了激光测距接收系统的实现方法,这种测距方法既适用于短距离的测量又适用于长距离的测量.首先介绍了脉冲式激光测距的原理,在此原理的基础上,结合FPGA的高速信号处理能力,设计了高精度激光测距接收系统,并设计了回波信号接收与计数电路模块.     

基于回波信号插值重建的峰值判别技术

在脉冲式激光测距技术中,测量距离和目标反射特性变化等因素会引起微弱回波信号的峰值判别误差,造成激光飞行时间的测量误差,峰值判别误差是影响激光测距精度的主要因素之一.针对激光测距中微弱回波信号不规则引起的峰值判断精度低的难题,采用FPGA控制采样电路对回波信号进行高频采样,通过软件对采样数据进行插值重建,根据重建图形判断出回波信号的峰值点位置作为计数停止点,有效提高了回波信号峰值判别精度.实验证明:采用该项技术的激光测距机能够达到0.1 m测距精度.     

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.     

激光脉冲测距双阈值时刻判别技术研究

在脉冲式激光测距技术中,回波信号幅度和上升时间变化引起的时间晃动误差是影响激光测距精度的主要因素之一.针对时间晃动误差带来的测距精度低的难题,在分析了时间晃动误差和总结一般时刻判别技术的基础上,设计了由高速比较电路,单稳态脉冲展宽电路、脉冲延时电路和快符合电路组成的双阈值时刻判别电路,并对电路进行了误差分析.与一般的时...     

面向非合作目标的大动态范围激光测距系统

在对空间的非合作目标进行脉冲激光测距时,由于目标的距离跨度范围很大,回波信号的动态范围很大,采用单一的光学或电路调整方法都不能实现全范围的接收。针对不同的距离段,在发射端采用偏振合束器使脉冲光纤激光器和脉冲全固态激光器的光束同轴输出,并对激光的发射功率进行分档,在接收端对雪崩光电二极管的放大倍数进行分档,并引入窄脉冲峰值检测器和可变增益放大器,在自动闭环控制下使接收电路的输出稳定,实现了等效输入动态范围为160 d B、测量范围为15 m~20 km的激光测距系统。     

脉冲压缩在激光测距中的应用

脉冲式激光测距和相位式激光测距是目前主要的激光测距方法,但是在复杂噪声环境中,容易因回波信号湮没于噪声中而失效。针对微弱回波信号的提取难题,提出了脉冲压缩式激光测距法。通过发射线性调频的脉冲激光,接收时采用脉冲压缩技术提高脉冲峰值功率,改善信噪比,从而获得湮没于噪声中的回波信号。该方法对于提高测距距离和降低激光功率具有重要的研究意义和应用价值。建立了激光测距中脉冲压缩方法的数学模型,并针对典型高斯白噪声环境进行了仿真,分析了脉冲压缩参数对测距的影响,设计了线性调频的激光信号源并基于FPGA实现了脉冲压缩信号处理。     

多脉冲激光的微弱信号探测能力分析研究

激光测距雷达方程分析表明,多脉冲的包络总能量与脉冲能量相等单脉冲具有相同的测距能力。由偏振分束,增加两路光的光程,再由偏振合束的方法以及根据再生放大的特性,实现单个脉冲、双脉冲、四脉冲的2 kHz重复频率及等功率的532 nm皮秒多脉冲输出,以上海天文台千赫兹卫星激光测距系统为平台,实现各多脉冲下的卫星激光测距。分析卫星回波的有效点数,以及各脉冲的回波叠加后的精度,结果表明各输出方式的有效回波点数基本接近,精度与单脉冲的误差小于1 mm,验证了多脉冲总能量与脉冲能量相等单脉冲具有相同的测距能力。多脉冲相对单脉冲能够更好地提高整个脉冲包络的能量,增大激光测距的脉冲发射能量,有利用微弱信号激光的探测。     

脉冲激光引信光电转换系统的设计

为了应对脉冲激光引信回波信号弱、脉宽窄的特性,获得目标尽量多的不失真信息,对光电探测器的特性和放大电路的带宽进行了分析,设计了一套实用的光电转换系统,包括PIN探测电路、前置放大电路和主放大电路。经过TINA和MULTISIM软件模拟仿真和实验验证,设计的光电转换系统的带宽为61.089MHz,增益为72.14dB。结果表明,该系统对于脉宽为十几纳秒的回波脉冲信号进行了很好的低噪声、不失真放大,满足了设计要求,回波信号经光电转换系统后输出的信号与应用需要相匹配,为激光引信的后续信号处理提供了稳定可靠的信号。     

机载远程激光测距机最大允许噪声仿真研究

为了提高机载远程激光测距机接收系统设计的可行性,从激光测距方程出发,分析了最小探测灵敏度与测程的关系。对回波频谱特性、探测模块带宽和放大器带宽进行了仿真,计算了回波信号的放大倍数,推算出主放大器输出信号的大小。依据高斯白噪声模型和主放大器输出信号值,推算了激光测距接收电路的最大允许输入噪声值。设计了电路并进行了试验测试。结果表明,激光接收灵敏度与理论值的偏差为5.7%,消光比法对应空中小目标最大测程与理论值的偏差仅为1.5%。该噪声分析方法对机载远程激光测距机的接收系统设计具有一定的指导意义。     

基于多脉冲的机载远程激光测距信号处理算法

通过接收端的信号处理电路提高回波信噪比,已成为增加机载激光测距机测程的一种有效方法。多脉冲累加平均利用信号相关而噪声不相关的时间特性能使信噪比提高N倍,从频域角度分析可得时域平均即频域的窄带化技术,带宽随脉冲个数增多而变窄。针对目标运动时回波有移位的特点,提出了多脉冲重叠区域应满足一定宽度的观点,通过仿真测试得到验证,给出了运动目标下多脉冲有效积累时脉冲重复频率需满足的条件。     

星间激光通信兼测距新技术研究

提出了一种用于小卫星编队飞行控制的星载激光通信兼测距机方案.该方案利用反馈式脉冲激光测距法,有效解决了传统脉冲激光测距法中存在的提高测距精度和缩短测量时间之间的矛盾.对该方案的原理进行了详细描述,给出了测距的误差分析,并提出了进一步提高测距精度的改进方法.     

激光测距新方法研究

传统相位式激光测距存在着后续信号处理复杂 ,器件性能要求高的缺陷 ,本文通过信号分析 ,提出一种新的非合作目标激光测距方法 ,消除了传统相位式激光测距的缺陷     

相位激光测距技术研究概述

文章简述了相位激光测距技术的原理,就激光测距研究中关键技术研究状况做了详细阐述。介绍了相位式激光测距仪的发展历史和最新进展,并就相位测距技术的研究发展方向做了分析。     

无靶板消光比法检测激光测距能力的研究

测距能力是激光测距机最重要的技术指标。提出了一种新型的激光测距机测距能力的检测方法——无靶板消光比法,它采用消光比技术将激光发射能力和激光接收能力分开进行直接测量。具有无需野外靶板、不受环境限制、检测结果准确快速、易于实现和对维修有指导意义等特点。并对所研制的激光测距机测距能力检测仪进行了描述。     

一种应用于高精度脉冲激光测距的自动增益控制方法

对高精度脉冲激光测距仪而言,引入自动增益控制技术可以在保证测距精度的前提下极大地扩展接收系统的动态范围。本文分析并讨论了激光测距仪回波接收系统中增益调整的手段,在此基础上给出了高精度测距条件下增益控制的范围,提出了一种根据实时测量的噪声和信号幅度动态调整接收系统增益的自动增益控制方法。实验结果表明,含有自动增益控制的回波接收系统可以自适应于回波功率的变化,在宽动态范围内保证高精度测距。     

激光近距离动态探测系统发射电路设计研究

从激光器和激光器驱动电路两方面对激光近距离动态探测系统发射电路进行了研究。对国内外脉冲半导体激光器状况进行了分析,对探测系统发射电路设计原理进行了论述,在不同的设计背景和要求下,讨论了发射电路对激光器和器件的选择。同时,对探测系统发射电路设计注意事项进行了总结,并指出电路板布局布线的关键所在。最后分析了激光近距离探测系统发射电路的现状和发展。     

一种基于宽带低噪声THS4012运放的激光测高仪前置放大电路设计与实现

激光测高仪依靠回波信号包含的信息来反演地面目标的物理特性,因此必须保持回波信号的保真度和高信噪比.通过选择合适的探测器、设计与探测器匹配的放大电路、设计可以最大信噪比提取信号并保持滤波信号波形的滤波器来达到系统指标.讨论了激光测高仪前置放大电路的设计原则,分析了测高系统中对放大器选择的要求.实验表明,所设计的前置放大电路可以有效地满足设计要求.     

激光跟踪测距光学系统设计

介绍了激光跟踪测距的工作原理及特点,对激光跟踪测距光学系统进行了设计,阐述了该系统主要部件的作用,给出了该系统的主要性能参孝数据并对该系统的应用作了展望。