激光测距技术被广泛应用于现代工业测量、航空与大地的测量、国防及通信等诸多领域。本文从已获得广泛应用的脉冲激光测距技术入手，重点分析了近年提出的自触发脉冲激光测距技术(STPLR)特别是其中的双自触发脉冲激光测距技术(BSTPLR)，通过分析发现其核心部件之一就是用于测量激光脉冲飞行时间(周期)的高精度高速计数器，而目前一般的方式是采用昂贵的进口高速计数器或专用集成电路(ASIC)来完成，这使得激光测距仪在研发、系统的改造升级和自主知识产权保护等诸多方面受到制约，同时在其整体性能上特别是在集成化、小型化和高可靠性方面带来阻碍。为此，本文研究了采用现场可编程门阵列(FPGA)来实现脉冲激光测距中的高精度高速计数及其他相关功能，基本解决了以上存在的问题。 论文通过对双自触发脉冲激光测距的主要技术要求和技术指标进行分析，对其中的信号处理单元采用了FPGA+单片机的设计形式。由FPGA主控芯片(EPF10K20TC144-4)作为周期测量模块，在整个测距系统中是信号处理的核心部件，借助其用户可编程特性及很高的内部时钟频率，设计了专用于BSTPLR的高速高精度计数芯片，负责对测距信号产生电路中的时刻鉴别电路输出信号进行计数。数据处理模块则主要由单片机(AT89C51)来实现。系统可以通过键盘预置门控信号的宽度以均衡测量的精度和速度，测量结果采用7位LED数码管显示。本设计在近距离(大尺寸)范围内实验测试时基本满足设计要求。
上传时间： 2013-04-24
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激光测距是激光技术在军事上最早和最成熟的应用，自1961．年美国休斯飞机公司研制成功世界上第一台激光测距机之后，激光测距技术发展迅速。如今，它已经被广泛运用于军用领域和民用领域。为了进一步提高我国激光测距水平，研制更高性能激光测距机依然是我国国防科技研究中的重要课题之一。其中，测距精度是激光测距机的一个重要参数。而激光测距机能否准确的检测激光回波信号将直接影响测距精度。 脉冲激光测距系统主要包括激光发射子系统、激光回波探测子系统、回波检测与主控子系统、终端显示子系统等组成。其中设计高精度激光回波检测与主控子系统是实现高精度激光测距的核心问题。传统激光回波检测与主控子系统通常采用分立元件和小规模集成电路设计，电路复杂且精度较低。随着数字电路设计技术的发展，已出现大规模可编程逻辑器件FPGA(现场可编程门阵列)和CPLD(复杂可编程逻辑器件)。采用FPGA代替传统的分立元件和小规模集成电路来设计激光回波检测与主控子系统，不仅提高了回波检测精度，同时简化了整个测距系统的设计。 本文研究了将激光回波信号直接送入FPGA进行检测的方案。同时，采用这种方案设计了一种激光回波检测系统，并把它成功运用在一引信项目中。这种方案电路设计简单，易于实现。在实际应用中，由于激光回波探测子系统只是完成由光信号到电信号的转换及简单放大，理论分析和试验结果均表明，采用该方案进行回波检测的精度较低，这种回波检测方法也只能应用在测距精度要求低的项目中。 为了满足另一高精度测距项目的需要，在FPGA直接进行激光回波检测方案的基础上，设计了一种高精度激光回波检测系统。文中介绍了其实现原理，理论上分析了该系统所能达到的回波检测精度及整机测距系统的测距精度。与第一种方案相比，该方案引入了超高速数据采集电路。由于采样速率高达lGsps，该方案实现的难点在于如何保证数据采集电路的稳定工作。文中从总体方案的设计，到器件的选型，硬件电路板的实现等方面做了详细的阐述，最终完成了系统硬件电路设计。接着介绍了系统程序设计。后面给出了试验测试结果，该系统工作稳定，性能良好。系统设计中引入的超高速数据采集电路有着广泛的应用，为其他相关设计提供了参考。最后，对全文做了工作总结，并给出了接下来的后续工作与展望。 本文在高速FPGA对激光回波信号检测方向取得了一定的成果，为进一步研究提供了参考价值。
上传时间： 2013-06-13
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从制成世界上第一台激光器开始，激光优异的单色性、方向性和高亮度特点引起了各界的关注。激光测距技术是目前应用较为广泛的一种激光技术，它与一般测距方法相比，具有操作方便，精度高和昼夜可用的优点。目前激光测距技术分成脉冲式和连续式两种类型，连续式测距系统随着近年来激光技术的发展逐渐引起人们的关注，在民用领域，尤其是在一些对数据的实时性要求不很高的系统中得到普遍应用。 小型化、智能化、高精度、对人眼安全是激光测距的发展方向，但是目前的测距仪普遍存在元器件较多、功耗相对较高、灵活性不够、适应能力不强、抗干扰能力不强等缺点，不利于整机的一体化和小型化设计。 基于上述局限性，本文提出一种新的思想，将数字信号处理技术应用到连续式相位激光测距技术中，具体是利用DDS(直接数字频率合成)技术产生用于调制激光器的正弦信号，利用FPGA与DSP技术实现高速数字化处理。该方法不仅克服了上面所述的缺点，而且还具有以下的优点：可以通过软件的方法改变调制频率，大大简化了测相电路，提高了使用的方便性：解决了激光连续测距中频率输出不稳定和相位抖动的问题，使测距仪的稳定性更高；采用DSP处理芯片对信号进行处理，处理速度更快，提高了实时性；采用FFT技术测相，不仅精度高，而且随着微电子技术的不断发展，精度还有上升的空间。 本文从理论和实验上验证了该测距方案的可行性。在采用实时取样补偿技术的情况下，该测距方案的测距精度可达到毫米量级，该测距方案设计新颖，系统受环境因素影响较小，可在恶劣环境下进行短距离(一般小于15米)的测量。实验结果表明，该设计方案基本上达到预期的指标要求。
上传时间： 2013-06-08
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根据交通部公布的数据，交通事故呈逐年上升趋势，交通事故不仅给公民的财产造成了损失，而且给公民的人身安全也会造成威胁。因此如何更好地避免交通事故成为一个焦点课题，汽车安全系统更是成为汽车生产商和研究机构的研究热点。 当前汽车安全系统有两大种类：一是被动式安全系统。例如：安全带，安全气囊等。二是主动式安全系统。主动安全系统又分为主动被动式和主动自动式。前者有ABS等。后者有汽车自动防撞系统和倒车雷达等。 本文采用激光测距系统，开发一种汽车在高速公路上行驶的主动式防撞系统，本文的重点是开发测距预警系统，采用专门的激光测距芯片和接收芯片，并采用FPGA(Filed Programmable Gate Array)作为主控芯片，对前车进行有效的监控，根据检测得到的数据，实时提出建议和报警，提醒驾驶员减速或者采取制动措施，从而达到预防追尾碰撞的目的。本文工作主要有以下几个方面： 1) 在比较分析激光、雷达和毫米波等测距方法的基础上，根据市场需求及潜在用户分析，确定采用激光脉冲测距方式。针对激光脉冲测距存在的技术难题，提出以FPGA作为系统核心控制模块的测距系统设计方案。 2) 根据对车载动态测距系统测量精度、测量频率和测量范围的基本要求，结合脉冲激光测距的特点，提出采用多头脉冲激光测距和多周期脉冲测量的技术方案。该方案可有效提高系统测距精度和测量范围，降低系统成本。 3) 基于上述方案，完成了基于FPGA的多头脉冲激光测距系统的各功能模块的详细设计、功能仿真、综合优化及板级测试实验。实验表明，各主要功能模块基本达到预期设计要求，为测距系统的后期开发奠定了基础。 4) 完成了激光测距传感器外围光电转换电路、电源转换电路及通讯接口的设计、制作、安装及实验室调试。 5) 最后对论文研究工作进行了总结，提出了系统的不足之处和进一步研究工作的方向。
上传时间： 2013-05-27
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激光测距是随着激光技术的出现而发展起来的一种精密测量技术，因其良好的精确度特性广泛地应用在军事和民用领域。但传统的激光测距系统大多采用分立的单元电路搭建而成，不仅造成了开发成本较高，电路较复杂，调试困难等诸多问题，而且这种系统体积和重量较大，严重阻碍了激光测距系统的普及应用，因此近年来激光测距技术向着小型化和集成化的方向发展。本文就旨在找出一种激光测距的集成化方案，将激光接收电路部分集成为一个专用集成电路，使传统的激光测距系统简化成三个部分，激光器LD、接收PD和一片集成电路芯片。 本文设计的激光测距系统基于相位差式激光测距原理，综合当前所有的测相技术，提出了一种基于FPGA的芯片运用DCM的动态移相功能实现相位差测量的方法。该方法实现起来方便快捷，无需复杂的过程计算，不仅能够达到较高的测距精度，同时可以大大简化外围电路的设计，使测距系统达到最大程度的集成化，满足了近年来激光测距系统向小型化和集成化方向发展的要求，除此，该方法还可以减少环境因素对测距误差的影响，降低测距系统对测试环境的要求。本论文的创新点有： 1.基于方波实现激光的调制和发射，简化了复杂的外围电路设计； 2.激光测距的数据处理系统在一片FPGA芯片上实现，便于系统的集成。 在基于DCM的激光测距方案中，本文详细的叙述了利用DCM测相的基本原理，并给出了由相位信息得到距离信息的计算过程，然后将利用不同测尺测得的结果进行合成，并最终将距离的二进制信息转换成十进制显示出来。本文以Xilinx公司Virtex-II Pro开发板做为开发平台，通过编程和仿真验证了该测距方案的可行性。在采用多次测量求平均值的情况下，该测距方案的测距精度可以达到3mm，测距量程可达100m。该方案设计新颖，可将整个的数据处理系统在FPGA芯片中实现，为最终的专用集成芯片的设计打下了基础，有利于测距系统的集成单片化。
上传时间： 2013-06-20
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激光测距是一种非接触式的测量技术，已被广泛使用于遥感、精密测量、工程建设、安全监测以及智能控制等领域。早期的激光测距系统在激光接收机中通过分立的单元电路处理激光发、收信号以测量光脉冲往返时间，使得开发成本高、电路复杂，调试困难，精度以及可靠性相对较差，体积和重量也较大，且没有与其他仪器相匹配的标准接口，上述缺陷阻碍了激光测距系统的普及应用。 本文针对激光测距信号处理系统设计了一套全数字集成方案，除激光发射、接收电路以外，将信号发生、信号采集、综合控制、数据处理和数据传输五个部分集成为一块专用集成电路。这样就不再需要DA转换和AD转换电路和滤波处理等模块，可以直接对信号进行数字信号处理。与分立的单元电路构成的激光测距信号处珲相比，可以大大降低激光测距系统的成本，缩短激光测距的研制周期。并且由于专用集成电路带有标准的RS232接口，可以直接与通信模块连接，构成激光遥测实时监控系统，通过LED实时显示测距结果。这样使得激光测距系统只需由激光器LD、接收PD和一片集成电路组成即可，提出了桥梁的位移监测技术方法，并设计出一种针对桥梁的位移监测的具有既便携、有效又经济实用的监测样机。 本文基于xil inx公司提供的开发环境(ise8.2)、和Virtex2P系列XC2VP30的开发版来设计的，提出一种基于方波的利用DCM(数字时钟管理器)检相的相位式测距方法；采用三把侧尺频率分别是30MHz、3MHz、lOkHz，对应的测尺长度分别为5米、50米和15000米，对应的精度分别为±0.02米、±0.5米和±5米。设计了一套激光测距全数字信号处理系统。为了证明本系统的准确性，另外设计了一套利用延时的方法来模拟激光光路，经过测试，证明利用DCM检相的相位式测距方法对于桥梁的位移监测是可行的，测量精度和测量结果也满足设计方案要求。
上传时间： 2013-06-12
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本文的研究内容是在激光测距项目基础上进行的，分析了各种激光测距方法的利弊，最终选用脉冲激光测距的实现方式，并且对脉冲激光测距系统做了深入研究。 本文设计了以FPGA为核心的信号处理模块，实现了对激光信号的编码和译码、对激光发射控制时钟的分频、和内部PLL倍频实现内部高频计时时钟等，提高了系统的精度和稳定性。使用并行脉冲计数法，提高了计时精度，分析了可能产生误差的原因，并且对结果做了相应的修正，减小了激光测距系统的误差。并且制定了四种工作模式，可以根据不同的实际环境选择相应的测距模式，以达到最好的测量效果。 在接收方面突破以往普通的被动接收方式，提出了利用窗函数接收回波的主动接收方式，结合窄带滤光片的滤光效果，提高了系统的抗干扰性能。从课题要求出发，本激光测距系统实现了体积小、功耗低的特点，测量距离相对较近(0.5-50米)，属于近距测量系统。
上传时间： 2013-04-24
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激光光谱探测是激光侦查、激光告警、污染物检测等领域中采用的重要技术。通过对来袭激光的光谱特征进行识别，可以为光电对抗提供依据。本文在分析和研究现有激光光谱探测技术的基础上，提出了通过非扫描M-Z干涉法来获取激光信号的相干图，并对该图进行快速傅立叶变换，从而实时获得激光光谱的技术。 在研究中，由M-Z干涉具形成的激光干涉条纹经CCD相机转换后以时间序列依次输出电信号，该时间序列的快速傅立叶变换用FPGA实现。论文依据告警系统响应时间和信噪比的要求，确定了探测器阵列的结构类型和有关参数；设计了CCD相机和FPGA的接口电路；编写了数据传输和存储模块。 在快速傅立叶变换的实现上，首先确定了采用基2按时间抽取的方法作为实现算法；应用型号为XC3S400的FPGA芯片，依靠ISE8.1软件开发平台，用硬件语言编写了精度为10位，序列长度为512点的快速傅里叶变换程序，并将所有程序成功下载到FPGA的配置芯片中。 此外，论文还设计了显示、电压转换、FPGA配置电路。最后，对设计的快速傅里叶变换模块进行了测试，将FPGA运算结果与理论计算结果进行了比较，结果表明FPGA计算结果达到应有的精度，运行速度可以满足激光光谱的实时探测要求。
上传时间： 2013-08-04
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激光打标是一种利用高能量的激光束在打标物体表面刻下永久性标识的技术。与传统的压刻等方法相比，激光打标具有速度快、无污染、质量高、性能稳定、不接触物体表面等优点。激光打标是目前工业产品标记的先进技术，是一种高效的标记方法。传统的基于ISA总线、PCI总线或者USB总线的激光打标控制器增加了激光打标机的成本和体积。本文提出一种基于ARM+FPGA架构的嵌入式系统方案，主要的研究工作如下：首先，介绍了激光打标系统的组成，激光打标技术的发展现状和激光打标机的原理。根据激光打标控制系统的功能要求和性能要求，提出了ARM+FPGA的总体设计，并简要讨论了ARM和FPGA的特点和优势。ARM处理器的主要功能是完成打标内容的输入和变换处理，打标机参数的设置和控制打标。FPGA的作用是接收、存储和转换打标数据，然后产生控制信号去控制激光打标设备。然后，详细讨论了激光打标机控制器的硬件电路设计，包括ARM控制单元电路、FPGA控制单元电路和数模转换模块等。为了使控制器能够长时间可靠稳定地工作，还采取了隔离技术等许多抗干扰措施。完成了 FPGA中各个模块的程序设计，利用Quartus Ⅱ软件进行了仿真验证，调试了控制器的功能。本文所设计的嵌入式激光打标控制器发挥了ARM和FPGA各自的优势。经过在实际打标系统中的测试，证明本次设计的激光打标机控制器实现了预期的功能，取得了满意的打标效果。关键词：ARM，FPGA，激光打标，FIFO，CO2激光器，扫描振镜系统
上传时间： 2013-04-24
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·[机器人学：智能机器人传感技术].张福学
上传时间： 2013-07-07
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