数字相关检测脉冲激光测距系统研究

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远距离无合作目标激光测距是目前国际上急需解决的一项关键技术,它是通过探测目标表面的漫反射光来获得目标距离信息,且在民用激光测距中限制了发射激光功率(1级安全激光小于1mw),在远目标时,回波信号会淹没在噪声中,现有激光测距中的直接探测方法已无能为力。因此,远距离无合作目标激光测距技术具有重要的研究意义和应用价值。  本文对脉冲激光测距中的数字相关微弱信号检测方法进行了较为系统和深入的研究,具体内容如下:⑴从理论上分析了单脉冲和多脉冲互相关法脉冲激光测距原理,采用Matlab软件进行仿真分析,在信噪比为1.25条件下,给出了单脉冲互相关和多脉冲互相关的微弱信号提取结果,信噪比提升到8.33。并通过仿真分析了发射脉冲参数对输出信噪比的影响。⑵研制出了由超高速A/D、FPGA和高速CPU组成的数字相关脉冲激光测距硬件电路,其中包括:窄脉冲(脉宽为37ns)激光发射电路,高速A/D信号采集电路、FPGA接口与配置电路、电源管理电路等硬件,完成了PCB板设计,并完成了硬件电路的调试。⑶采用Verilog HDL语言在QuartusⅡ的开发环境下完成激光发射模块、数据采集与处理模块、数据存储模块和总线读写模块的FPGA程序设计以及调试。⑷搭建了数字相关脉冲激光测距系统实验装置,完成对1133.566m实际风力发电塔架目标的测量,结果表明本文提出的数字相关检测脉冲激光测距方法是可行的。
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