一种新的高重频宽带相干激光雷达系统研究

该文提出一种新的同时具有高重复频率和大带宽性能的相干激光雷达系统。该系统基于IQ调制器正交调制技术与带宽合成信号处理技术,使得系统能够同时满足大带宽和高重复频率的要求,解决了传统激光雷达宽带信号调制速度慢的问题。该系统能够生成高重频、大带宽的相干线性调频激光雷达信号,在高分辨距离成像、(逆)合成孔径激光雷达成像、距离分辨的振动测量等方面,具有重要的应用价值。文中阐述了宽带高重复频率调制的原理和方法、基于微波域频率步进的带宽合成信号处理方法,并进行光纤环路实验和自由空间实验。作为演示,该激光雷达系统获得了16.7 kHz重复频率、6 GHz带宽,实现了优于2.5 cm距离向分辨率成像及远距离运动目标逆合成孔径激光雷达成像。实验结果证明了该系统与方法的有效性。     

激光雷达系统控制和数据采集设计

激光雷达是一种快速获取三维地理信息的空间测量系统,本文应用基于SOPC技术的NIOSⅡ系统解决激光雷达系统控制与数据采集的需求。本文首先介绍NIOSⅡ系统的特点,特别关注的是它基于SOPC技术的灵活性,从而选择其来实现激光雷达系统中的系统控制与数据采集子系统。从激光雷达的系统需求开始,讨论系统控制与数据采集子系统的需求,进一步的研究系统设计方案,最后完成这个子系统的实现。该子系统已经在激光雷达设备上得到了很好的应用。     

应用于便携式激光雷达测距仪的单芯片全集成前置放大电路系统

基于0.5 m CMOS 工艺,设计了一款应用于便携式激光雷达测距仪的单芯片全集成前置放大电路系统。该芯片主要由前置跨阻放大器（TIPA）,差分电压放大器（DVPA）,带隙基准源和其它接口电路构成。其中如何设计最适用于激光雷达测距信号处理系统的前置跨阻放大器和差分电压放大器是文中重点关注的对象。测试结果表明,该芯片的跨阻增益可达87.27 dB,-3 dB带宽952.8 MHz,输入等效参考噪声电流17.64 pA/Hz1/2。芯片面积为2.816 mm2（包括焊盘面积）,功耗为106.9 mW,其中输出缓冲级功耗占75%。     

应用于激光测距系统的高增益集成运放设计

激光测距技术广泛用于军事、工业、航空航天等领域,近年来其对测量精度的要求越来越高。脉冲测距接收芯片是整个系统的核心,而高增益运放是该芯片设计的关键。文中设计了一种基于该应用的高增益集成运放。运放采用折叠共源共栅与两级级联技术实现了高增益,以及宽摆幅技术来提高偏置电路信号摆幅。在传统密勒补偿电路基础上,加入缓冲器来消除零点,从而提高相位裕度。最后,对电路进行了小信号建模分析和计算机仿真验证。Cadence Spectre仿真结果表明,在1.8V电源电压5pF负载下,基于TSMC0.18μm CMOS工艺模型,运放的开环直流增益为130.4dB,单位增益带宽为16.18MHz,相位裕度为58.1°,功耗仅为0.25mW。     

激光雷达SCADA跨平台嵌入式软件设计

为满足激光雷达系统控制与数据采集( SCADA)对跨平台的需求,利用基于组件的框架技术,在ColdFire+ μC/OSII初始平台上采用标准C语言实现了SCADA嵌入式软件.在领域分析基础上明确了SCADA软件架构,对软件架构进行可通用部分和平台依赖部分划分及组件化处理,形成SCADA软件框架,并在框架基础上完成软件设计.实验结果表明,基于框架的SCADA嵌入式软件不仅提高了软件的可靠性和可扩展性,而且实现了软件向其它平台扩展的能力,达到了设计重用和代码重用目的.     

基于欠采样的激光测距数字鉴相方法

欠采样方法为实现全数字化接收、降低激光测距系统复杂性提供了有效途径。针对传统欠采样数字同步解调法引入干扰大的缺点,为提高系统的测量精度,提出了欠采样频域谱分析鉴相法。方法基于Nyquist采样谱分析鉴相思想,通过对欠采样后搬移到低频的频谱成分进行分析获取相位信息实现鉴相,在抵抗干扰方面具有较好的性能。在加入信噪比40 dB、杂散频率、0.1 MHz频率偏移、2次谐波的综合影响因素后的仿真结果表明,在1 MHz测距速率下,欠采样谱分析鉴相法精度为0.13,调制频率80 MHz时测距精度为0.68 mm,优于传统的欠采样数字同步解调法。因此,欠采样谱分析法更适用于高速、高精度的数字化相位差测量,提出的实现方案具有实际意义。     

高速相位式激光测距数字鉴相方法仿真与实现

为实现高速、高精度相位式激光测距鉴相,根据数字相关法、数字同步解调法、频域数字鉴相法和全相位FFT法的鉴相原理,基于仿真考察了在白噪声、频率偏移等因素影响下的鉴相性能。仿真结果证明,在高速测量下(500 kHz),全相位FFT法优于其他方法。为应用于高精度相位式激光测距原理样机,设计全相位FFT法的FPGA信号处理方案,利用傅里叶变换共轭对称性从而实现了高速实时鉴相。实验数据表明:在500 kHz测距速率下,信噪比为40 dB,频率偏移0.01时,鉴相精度为0.09°;调制频率为100 MHz时,测距精度为0.38 mm。因此,全相位FFT鉴相法适用于高速、高精度相位差测量,提出的实现方案具有实际意义。