大氣激光通信是指以激光光波作為載體，大氣作為傳輸介質(zhì)的光通信系統(tǒng)。在空間大氣激光通信中，由于大氣的散射、吸收，大氣湍流等作用，在激光接收端就會出現(xiàn)光斑抖動、相位起伏等現(xiàn)象，因此研究一種適合在高速率、弱信號條件下處理技術(shù)，保證激光信號的誤碼率是有著十分重要的意義。 本文研究了一種基于嵌入式微處理器系統(tǒng)的大氣激光信號處理方法。文章從空間激光發(fā)展現(xiàn)狀及信道環(huán)境出發(fā)，提出了一種采用ARM微處理控制器并在控制器上移植實時操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ，運用浮動閾值算法來減小大氣信道對激光探測的影響的方法。在測試中，取得了比較好的實驗效果。
上傳時間： 2013-04-24
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激光測距技術(shù)被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)測量、航空與大地的測量、國防及通信等諸多領(lǐng)域。本文從已獲得廣泛應(yīng)用的脈沖激光測距技術(shù)入手，重點分析了近年提出的自觸發(fā)脈沖激光測距技術(shù)(STPLR)特別是其中的雙自觸發(fā)脈沖激光測距技術(shù)(BSTPLR)，通過分析發(fā)現(xiàn)其核心部件之一就是用于測量激光脈沖飛行時間(周期)的高精度高速計數(shù)器，而目前一般的方式是采用昂貴的進口高速計數(shù)器或?qū)Ｓ眉呻娐?ASIC)來完成，這使得激光測距儀在研發(fā)、系統(tǒng)的改造升級和自主知識產(chǎn)權(quán)保護等諸多方面受到制約，同時在其整體性能上特別是在集成化、小型化和高可靠性方面帶來阻礙。為此，本文研究了采用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)來實現(xiàn)脈沖激光測距中的高精度高速計數(shù)及其他相關(guān)功能，基本解決了以上存在的問題。 論文通過對雙自觸發(fā)脈沖激光測距的主要技術(shù)要求和技術(shù)指標(biāo)進行分析，對其中的信號處理單元采用了FPGA+單片機的設(shè)計形式。由FPGA主控芯片(EPF10K20TC144-4)作為周期測量模塊，在整個測距系統(tǒng)中是信號處理的核心部件，借助其用戶可編程特性及很高的內(nèi)部時鐘頻率，設(shè)計了專用于BSTPLR的高速高精度計數(shù)芯片，負(fù)責(zé)對測距信號產(chǎn)生電路中的時刻鑒別電路輸出信號進行計數(shù)。數(shù)據(jù)處理模塊則主要由單片機(AT89C51)來實現(xiàn)。系統(tǒng)可以通過鍵盤預(yù)置門控信號的寬度以均衡測量的精度和速度，測量結(jié)果采用7位LED數(shù)碼管顯示。本設(shè)計在近距離(大尺寸)范圍內(nèi)實驗測試時基本滿足設(shè)計要求。
標(biāo)簽： FPGA 自觸發(fā)脈沖 激光測距 關(guān)鍵技術(shù)
上傳時間： 2013-04-24
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激光測距是激光技術(shù)在軍事上最早和最成熟的應(yīng)用，自1961．年美國休斯飛機公司研制成功世界上第一臺激光測距機之后，激光測距技術(shù)發(fā)展迅速。如今，它已經(jīng)被廣泛運用于軍用領(lǐng)域和民用領(lǐng)域。為了進一步提高我國激光測距水平，研制更高性能激光測距機依然是我國國防科技研究中的重要課題之一。其中，測距精度是激光測距機的一個重要參數(shù)。而激光測距機能否準(zhǔn)確的檢測激光回波信號將直接影響測距精度。 脈沖激光測距系統(tǒng)主要包括激光發(fā)射子系統(tǒng)、激光回波探測子系統(tǒng)、回波檢測與主控子系統(tǒng)、終端顯示子系統(tǒng)等組成。其中設(shè)計高精度激光回波檢測與主控子系統(tǒng)是實現(xiàn)高精度激光測距的核心問題。傳統(tǒng)激光回波檢測與主控子系統(tǒng)通常采用分立元件和小規(guī)模集成電路設(shè)計，電路復(fù)雜且精度較低。隨著數(shù)字電路設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，已出現(xiàn)大規(guī)模可編程邏輯器件FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)和CPLD(復(fù)雜可編程邏輯器件)。采用FPGA代替?zhèn)鹘y(tǒng)的分立元件和小規(guī)模集成電路來設(shè)計激光回波檢測與主控子系統(tǒng)，不僅提高了回波檢測精度，同時簡化了整個測距系統(tǒng)的設(shè)計。 本文研究了將激光回波信號直接送入FPGA進行檢測的方案。同時，采用這種方案設(shè)計了一種激光回波檢測系統(tǒng)，并把它成功運用在一引信項目中。這種方案電路設(shè)計簡單，易于實現(xiàn)。在實際應(yīng)用中，由于激光回波探測子系統(tǒng)只是完成由光信號到電信號的轉(zhuǎn)換及簡單放大，理論分析和試驗結(jié)果均表明，采用該方案進行回波檢測的精度較低，這種回波檢測方法也只能應(yīng)用在測距精度要求低的項目中。 為了滿足另一高精度測距項目的需要，在FPGA直接進行激光回波檢測方案的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種高精度激光回波檢測系統(tǒng)。文中介紹了其實現(xiàn)原理，理論上分析了該系統(tǒng)所能達(dá)到的回波檢測精度及整機測距系統(tǒng)的測距精度。與第一種方案相比，該方案引入了超高速數(shù)據(jù)采集電路。由于采樣速率高達(dá)lGsps，該方案實現(xiàn)的難點在于如何保證數(shù)據(jù)采集電路的穩(wěn)定工作。文中從總體方案的設(shè)計，到器件的選型，硬件電路板的實現(xiàn)等方面做了詳細(xì)的闡述，最終完成了系統(tǒng)硬件電路設(shè)計。接著介紹了系統(tǒng)程序設(shè)計。后面給出了試驗測試結(jié)果，該系統(tǒng)工作穩(wěn)定，性能良好。系統(tǒng)設(shè)計中引入的超高速數(shù)據(jù)采集電路有著廣泛的應(yīng)用，為其他相關(guān)設(shè)計提供了參考。最后，對全文做了工作總結(jié)，并給出了接下來的后續(xù)工作與展望。 本文在高速FPGA對激光回波信號檢測方向取得了一定的成果，為進一步研究提供了參考價值。
標(biāo)簽： FPGA 激光 回波 中的應(yīng)用
上傳時間： 2013-06-13
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從制成世界上第一臺激光器開始，激光優(yōu)異的單色性、方向性和高亮度特點引起了各界的關(guān)注。激光測距技術(shù)是目前應(yīng)用較為廣泛的一種激光技術(shù)，它與一般測距方法相比，具有操作方便，精度高和晝夜可用的優(yōu)點。目前激光測距技術(shù)分成脈沖式和連續(xù)式兩種類型，連續(xù)式測距系統(tǒng)隨著近年來激光技術(shù)的發(fā)展逐漸引起人們的關(guān)注，在民用領(lǐng)域，尤其是在一些對數(shù)據(jù)的實時性要求不很高的系統(tǒng)中得到普遍應(yīng)用。 小型化、智能化、高精度、對人眼安全是激光測距的發(fā)展方向，但是目前的測距儀普遍存在元器件較多、功耗相對較高、靈活性不夠、適應(yīng)能力不強、抗干擾能力不強等缺點，不利于整機的一體化和小型化設(shè)計。 基于上述局限性，本文提出一種新的思想，將數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)用到連續(xù)式相位激光測距技術(shù)中，具體是利用DDS(直接數(shù)字頻率合成)技術(shù)產(chǎn)生用于調(diào)制激光器的正弦信號，利用FPGA與DSP技術(shù)實現(xiàn)高速數(shù)字化處理。該方法不僅克服了上面所述的缺點，而且還具有以下的優(yōu)點：可以通過軟件的方法改變調(diào)制頻率，大大簡化了測相電路，提高了使用的方便性：解決了激光連續(xù)測距中頻率輸出不穩(wěn)定和相位抖動的問題，使測距儀的穩(wěn)定性更高；采用DSP處理芯片對信號進行處理，處理速度更快，提高了實時性；采用FFT技術(shù)測相，不僅精度高，而且隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，精度還有上升的空間。 本文從理論和實驗上驗證了該測距方案的可行性。在采用實時取樣補償技術(shù)的情況下，該測距方案的測距精度可達(dá)到毫米量級，該測距方案設(shè)計新穎，系統(tǒng)受環(huán)境因素影響較小，可在惡劣環(huán)境下進行短距離(一般小于15米)的測量。實驗結(jié)果表明，該設(shè)計方案基本上達(dá)到預(yù)期的指標(biāo)要求。
標(biāo)簽： FPGADSP 激光測距系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-08
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根據(jù)交通部公布的數(shù)據(jù)，交通事故呈逐年上升趨勢，交通事故不僅給公民的財產(chǎn)造成了損失，而且給公民的人身安全也會造成威脅。因此如何更好地避免交通事故成為一個焦點課題，汽車安全系統(tǒng)更是成為汽車生產(chǎn)商和研究機構(gòu)的研究熱點。 當(dāng)前汽車安全系統(tǒng)有兩大種類：一是被動式安全系統(tǒng)。例如：安全帶，安全氣囊等。二是主動式安全系統(tǒng)。主動安全系統(tǒng)又分為主動被動式和主動自動式。前者有ABS等。后者有汽車自動防撞系統(tǒng)和倒車?yán)走_(dá)等。 本文采用激光測距系統(tǒng)，開發(fā)一種汽車在高速公路上行駛的主動式防撞系統(tǒng)，本文的重點是開發(fā)測距預(yù)警系統(tǒng)，采用專門的激光測距芯片和接收芯片，并采用FPGA(Filed Programmable Gate Array)作為主控芯片，對前車進行有效的監(jiān)控，根據(jù)檢測得到的數(shù)據(jù)，實時提出建議和報警，提醒駕駛員減速或者采取制動措施，從而達(dá)到預(yù)防追尾碰撞的目的。本文工作主要有以下幾個方面： 1) 在比較分析激光、雷達(dá)和毫米波等測距方法的基礎(chǔ)上，根據(jù)市場需求及潛在用戶分析，確定采用激光脈沖測距方式。針對激光脈沖測距存在的技術(shù)難題，提出以FPGA作為系統(tǒng)核心控制模塊的測距系統(tǒng)設(shè)計方案。 2) 根據(jù)對車載動態(tài)測距系統(tǒng)測量精度、測量頻率和測量范圍的基本要求，結(jié)合脈沖激光測距的特點，提出采用多頭脈沖激光測距和多周期脈沖測量的技術(shù)方案。該方案可有效提高系統(tǒng)測距精度和測量范圍，降低系統(tǒng)成本。 3) 基于上述方案，完成了基于FPGA的多頭脈沖激光測距系統(tǒng)的各功能模塊的詳細(xì)設(shè)計、功能仿真、綜合優(yōu)化及板級測試實驗。實驗表明，各主要功能模塊基本達(dá)到預(yù)期設(shè)計要求，為測距系統(tǒng)的后期開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。 4) 完成了激光測距傳感器外圍光電轉(zhuǎn)換電路、電源轉(zhuǎn)換電路及通訊接口的設(shè)計、制作、安裝及實驗室調(diào)試。 5) 最后對論文研究工作進行了總結(jié)，提出了系統(tǒng)的不足之處和進一步研究工作的方向。
標(biāo)簽： FPGA 激光測距系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-27
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激光測距是隨著激光技術(shù)的出現(xiàn)而發(fā)展起來的一種精密測量技術(shù)，因其良好的精確度特性廣泛地應(yīng)用在軍事和民用領(lǐng)域。但傳統(tǒng)的激光測距系統(tǒng)大多采用分立的單元電路搭建而成，不僅造成了開發(fā)成本較高，電路較復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy等諸多問題，而且這種系統(tǒng)體積和重量較大，嚴(yán)重阻礙了激光測距系統(tǒng)的普及應(yīng)用，因此近年來激光測距技術(shù)向著小型化和集成化的方向發(fā)展。本文就旨在找出一種激光測距的集成化方案，將激光接收電路部分集成為一個專用集成電路，使傳統(tǒng)的激光測距系統(tǒng)簡化成三個部分，激光器LD、接收PD和一片集成電路芯片。 本文設(shè)計的激光測距系統(tǒng)基于相位差式激光測距原理，綜合當(dāng)前所有的測相技術(shù)，提出了一種基于FPGA的芯片運用DCM的動態(tài)移相功能實現(xiàn)相位差測量的方法。該方法實現(xiàn)起來方便快捷，無需復(fù)雜的過程計算，不僅能夠達(dá)到較高的測距精度，同時可以大大簡化外圍電路的設(shè)計，使測距系統(tǒng)達(dá)到最大程度的集成化，滿足了近年來激光測距系統(tǒng)向小型化和集成化方向發(fā)展的要求，除此，該方法還可以減少環(huán)境因素對測距誤差的影響，降低測距系統(tǒng)對測試環(huán)境的要求。本論文的創(chuàng)新點有： 1.基于方波實現(xiàn)激光的調(diào)制和發(fā)射，簡化了復(fù)雜的外圍電路設(shè)計； 2.激光測距的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在一片F(xiàn)PGA芯片上實現(xiàn)，便于系統(tǒng)的集成。 在基于DCM的激光測距方案中，本文詳細(xì)的敘述了利用DCM測相的基本原理，并給出了由相位信息得到距離信息的計算過程，然后將利用不同測尺測得的結(jié)果進行合成，并最終將距離的二進制信息轉(zhuǎn)換成十進制顯示出來。本文以Xilinx公司Virtex-II Pro開發(fā)板做為開發(fā)平臺，通過編程和仿真驗證了該測距方案的可行性。在采用多次測量求平均值的情況下，該測距方案的測距精度可以達(dá)到3mm，測距量程可達(dá)100m。該方案設(shè)計新穎，可將整個的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在FPGA芯片中實現(xiàn)，為最終的專用集成芯片的設(shè)計打下了基礎(chǔ)，有利于測距系統(tǒng)的集成單片化。
標(biāo)簽： FPGA 激光測距 數(shù)據(jù)處理
上傳時間： 2013-06-20
上傳用戶：lili1990
激光測距是一種非接觸式的測量技術(shù)，已被廣泛使用于遙感、精密測量、工程建設(shè)、安全監(jiān)測以及智能控制等領(lǐng)域。早期的激光測距系統(tǒng)在激光接收機中通過分立的單元電路處理激光發(fā)、收信號以測量光脈沖往返時間，使得開發(fā)成本高、電路復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy，精度以及可靠性相對較差，體積和重量也較大，且沒有與其他儀器相匹配的標(biāo)準(zhǔn)接口，上述缺陷阻礙了激光測距系統(tǒng)的普及應(yīng)用。 本文針對激光測距信號處理系統(tǒng)設(shè)計了一套全數(shù)字集成方案，除激光發(fā)射、接收電路以外，將信號發(fā)生、信號采集、綜合控制、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸五個部分集成為一塊專用集成電路。這樣就不再需要DA轉(zhuǎn)換和AD轉(zhuǎn)換電路和濾波處理等模塊，可以直接對信號進行數(shù)字信號處理。與分立的單元電路構(gòu)成的激光測距信號處琿相比，可以大大降低激光測距系統(tǒng)的成本，縮短激光測距的研制周期。并且由于專用集成電路帶有標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口，可以直接與通信模塊連接，構(gòu)成激光遙測實時監(jiān)控系統(tǒng)，通過LED實時顯示測距結(jié)果。這樣使得激光測距系統(tǒng)只需由激光器LD、接收PD和一片集成電路組成即可，提出了橋梁的位移監(jiān)測技術(shù)方法，并設(shè)計出一種針對橋梁的位移監(jiān)測的具有既便攜、有效又經(jīng)濟實用的監(jiān)測樣機。 本文基于xil inx公司提供的開發(fā)環(huán)境(ise8.2)、和Virtex2P系列XC2VP30的開發(fā)版來設(shè)計的，提出一種基于方波的利用DCM(數(shù)字時鐘管理器)檢相的相位式測距方法；采用三把側(cè)尺頻率分別是30MHz、3MHz、lOkHz，對應(yīng)的測尺長度分別為5米、50米和15000米，對應(yīng)的精度分別為±0.02米、±0.5米和±5米。設(shè)計了一套激光測距全數(shù)字信號處理系統(tǒng)。為了證明本系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，另外設(shè)計了一套利用延時的方法來模擬激光光路，經(jīng)過測試，證明利用DCM檢相的相位式測距方法對于橋梁的位移監(jiān)測是可行的，測量精度和測量結(jié)果也滿足設(shè)計方案要求。
標(biāo)簽： FPGA 全數(shù)字 信號處理 激光測距
上傳時間： 2013-06-12
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本文的研究內(nèi)容是在激光測距項目基礎(chǔ)上進行的，分析了各種激光測距方法的利弊，最終選用脈沖激光測距的實現(xiàn)方式，并且對脈沖激光測距系統(tǒng)做了深入研究。 本文設(shè)計了以FPGA為核心的信號處理模塊，實現(xiàn)了對激光信號的編碼和譯碼、對激光發(fā)射控制時鐘的分頻、和內(nèi)部PLL倍頻實現(xiàn)內(nèi)部高頻計時時鐘等，提高了系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。使用并行脈沖計數(shù)法，提高了計時精度，分析了可能產(chǎn)生誤差的原因，并且對結(jié)果做了相應(yīng)的修正，減小了激光測距系統(tǒng)的誤差。并且制定了四種工作模式，可以根據(jù)不同的實際環(huán)境選擇相應(yīng)的測距模式，以達(dá)到最好的測量效果。 在接收方面突破以往普通的被動接收方式，提出了利用窗函數(shù)接收回波的主動接收方式，結(jié)合窄帶濾光片的濾光效果，提高了系統(tǒng)的抗干擾性能。從課題要求出發(fā)，本激光測距系統(tǒng)實現(xiàn)了體積小、功耗低的特點，測量距離相對較近(0.5-50米)，屬于近距測量系統(tǒng)。
標(biāo)簽： FPGA 激光測距 系統(tǒng)研究
上傳時間： 2013-04-24
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激光光譜探測是激光偵查、激光告警、污染物檢測等領(lǐng)域中采用的重要技術(shù)。通過對來襲激光的光譜特征進行識別，可以為光電對抗提供依據(jù)。本文在分析和研究現(xiàn)有激光光譜探測技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了通過非掃描M-Z干涉法來獲取激光信號的相干圖，并對該圖進行快速傅立葉變換，從而實時獲得激光光譜的技術(shù)。 在研究中，由M-Z干涉具形成的激光干涉條紋經(jīng)CCD相機轉(zhuǎn)換后以時間序列依次輸出電信號，該時間序列的快速傅立葉變換用FPGA實現(xiàn)。論文依據(jù)告警系統(tǒng)響應(yīng)時間和信噪比的要求，確定了探測器陣列的結(jié)構(gòu)類型和有關(guān)參數(shù)；設(shè)計了CCD相機和FPGA的接口電路；編寫了數(shù)據(jù)傳輸和存儲模塊。 在快速傅立葉變換的實現(xiàn)上，首先確定了采用基2按時間抽取的方法作為實現(xiàn)算法；應(yīng)用型號為XC3S400的FPGA芯片，依靠ISE8.1軟件開發(fā)平臺，用硬件語言編寫了精度為10位，序列長度為512點的快速傅里葉變換程序，并將所有程序成功下載到FPGA的配置芯片中。 此外，論文還設(shè)計了顯示、電壓轉(zhuǎn)換、FPGA配置電路。最后，對設(shè)計的快速傅里葉變換模塊進行了測試，將FPGA運算結(jié)果與理論計算結(jié)果進行了比較，結(jié)果表明FPGA計算結(jié)果達(dá)到應(yīng)有的精度，運行速度可以滿足激光光譜的實時探測要求。
上傳時間： 2013-08-04
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激光打標(biāo)是一種利用高能量的激光束在打標(biāo)物體表面刻下永久性標(biāo)識的技術(shù)。與傳統(tǒng)的壓刻等方法相比，激光打標(biāo)具有速度快、無污染、質(zhì)量高、性能穩(wěn)定、不接觸物體表面等優(yōu)點。激光打標(biāo)是目前工業(yè)產(chǎn)品標(biāo)記的先進技術(shù)，是一種高效的標(biāo)記方法。傳統(tǒng)的基于ISA總線、PCI總線或者USB總線的激光打標(biāo)控制器增加了激光打標(biāo)機的成本和體積。本文提出一種基于ARM+FPGA架構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)方案，主要的研究工作如下：首先，介紹了激光打標(biāo)系統(tǒng)的組成，激光打標(biāo)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和激光打標(biāo)機的原理。根據(jù)激光打標(biāo)控制系統(tǒng)的功能要求和性能要求，提出了ARM+FPGA的總體設(shè)計，并簡要討論了ARM和FPGA的特點和優(yōu)勢。ARM處理器的主要功能是完成打標(biāo)內(nèi)容的輸入和變換處理，打標(biāo)機參數(shù)的設(shè)置和控制打標(biāo)。FPGA的作用是接收、存儲和轉(zhuǎn)換打標(biāo)數(shù)據(jù)，然后產(chǎn)生控制信號去控制激光打標(biāo)設(shè)備。然后，詳細(xì)討論了激光打標(biāo)機控制器的硬件電路設(shè)計，包括ARM控制單元電路、FPGA控制單元電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊等。為了使控制器能夠長時間可靠穩(wěn)定地工作，還采取了隔離技術(shù)等許多抗干擾措施。完成了 FPGA中各個模塊的程序設(shè)計，利用Quartus Ⅱ軟件進行了仿真驗證，調(diào)試了控制器的功能。本文所設(shè)計的嵌入式激光打標(biāo)控制器發(fā)揮了ARM和FPGA各自的優(yōu)勢。經(jīng)過在實際打標(biāo)系統(tǒng)中的測試，證明本次設(shè)計的激光打標(biāo)機控制器實現(xiàn)了預(yù)期的功能，取得了滿意的打標(biāo)效果。關(guān)鍵詞：ARM，F(xiàn)PGA，激光打標(biāo)，F(xiàn)IFO，CO2激光器，掃描振鏡系統(tǒng)
標(biāo)簽： ARMFPGA 激光打標(biāo) 制器設(shè)計
上傳時間： 2013-04-24
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