基于Virtex5高性能FPGA的脉冲激光测距系统设计

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基于Virtex5高性能FPGA的脉冲激光测距系统设计

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8 |8 f: E( M: q4 Z1 ^( w1 引言
传统激光脉冲时间测距系统常采用模拟电路 阈值检测实现时刻鉴别。这种方法比较简单，但受脉冲幅 度变化的影响较大，且对信噪比要求很高。当信噪比很低时，则无法实现测距功能。因此不用门控电路 控制 脉冲计数，而直接利用高速数据采集器件及计算机进行数据采集和处理，可以获得大量的回波信 息。面对高速率的传输数据，高性能FPGA的接口设计便成为连接前端A／D 与后端信号处理器的纽 带。
) V4 {5 M! Y5 q0 [; t) E7 Y2 激光测距原理
3 |. Q+ @6 e3 Q在此仅讨论脉冲体制的激光雷达。作为一种非相干激光雷达，它采用的是脉冲法测距，即利用脉冲激光 器发射一个或一列很窄的激光脉冲，通过测量回波 与发射主波之间的脉冲延迟时间来测量距离(即测量 飞行时间法)。在灵敏度足够和不产生测距模糊的情况下，其最大测量距离为： R一=cTr/2=(C/2/fr=) (1) 式中：c是光速；Tr是激光往返于发射器和目标之间的传播时间，这里等于发射脉冲的重复周期；fc是 激光发射脉冲的重复频率，用于确定回波脉冲 是否到达的同步标志则决定了测距的准确度。对于利用 计数脉冲计算光脉冲传播时间，其传播时间为： T=Tc·N=N/fc (2) 式中：N为传播时间内计数脉冲个数；Tc为计数器时钟周期；fc为计数器时钟频率。其目标距离为： R=cN/2fc (3) 由式(3)可知，fc越大，测量距离R精度越小。因此脉冲激光测距法的测距精度与计数脉冲时钟频率成反 比，即时钟频率越高，测距精度也越高。
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