作為一種全新的探測技術，激光雷達已廣泛應用于大氣、陸地、海洋探測、空中交會對接、偵察成像、化學試劑探測等領域。與傳統(tǒng)雷達技術相比，激光雷達是一種通過發(fā)射特定波長的激光，處理并分析回波信號，實現(xiàn)目標探測的技術，具有高測量精度、精細的時間和空間分辨率，以及極大的探測距離等優(yōu)點，目前已成為一種重要的探測手段。激光雷達探測系統(tǒng)需采用硬件電路實現(xiàn)系統(tǒng)的控制以及回波信號的處理、分析，從而實現(xiàn)目標距離、速度、姿態(tài)等參數(shù)的測量，因此研制高速、高精度、性能穩(wěn)定、性價比高、保密性強的處理電路，對提升激光雷達探測系統(tǒng)的整體性能有著十分重要的意義。
激光雷達系統(tǒng)控制及信號處理電路有多種實現(xiàn)方案，傳統(tǒng)的MCU實現(xiàn)方案較為普遍，但受線程的帶寬限制，且難以提高系統(tǒng)的精度與復雜性；采用 FPGA、ARM或DSP實現(xiàn)信號處理架構，一定程度上提高了系統(tǒng)的帶寬與復雜度，但成本較高，功耗較大，且開發(fā)周期較長。針對目前激光目標探測系統(tǒng)中，對系統(tǒng)控制復雜度，信號處理實時性，整體性能與功耗等要求，論文提出了一種基于 CPLD與MCU架構的電路改進方案。該方案采用高速并行的現(xiàn)場可編程PLD器件，完成相關電路的控制與回波信號的實時處理、分析；同時選用線程處理優(yōu)勢較強的MCU，實現(xiàn)相關信號的控制與高速串口的收發(fā)，完成PC軟件終端的通信。
本文結合所提出的基于 CPLD與 MCU架構的硬件電路設計方案，選用了Altera的MAX II CPLD器件EPM240T100C5N，以及宏晶科技公司的增強型單片機STC12LE5A60S2，實現(xiàn)了激光雷達系統(tǒng)控制及信號處理等功能。文中詳細介紹了實驗系統(tǒng)的設備資源與硬件電路的模塊化設計，完成了相關外設的驅(qū)動控制，并采用 CPLD與 MCU完成了回波信號的采集、處理與分析，最終通過與所設計PC軟件終端的通信，實現(xiàn)與硬件電路板的實時數(shù)據(jù)上傳。
目前板卡在100MHz主頻下工作，可完成10kHz激光器的觸發(fā)，并行實現(xiàn)回波信號的實時處理與分析，以及921600波特率下的高速串口通信。結合激光雷達實驗系統(tǒng)，多次進行硬件電路的測試與實驗，表明本文設計的激光雷達系統(tǒng)控制及信號處理硬件電路功能正常，性能穩(wěn)定，且功耗低，保密性強，符合設計的需求，實驗證明本文所提出方案的具有一定的可...
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