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一维脉冲激光雷达回波信号发生器的设计

作　者: 刘长城
导　师: 王春勇
学　校: 南京理工大学
专　业: 光学工程
关键词: 激光雷达回波信号测距精度延时电路斜坡电压高斯噪声
分类号: TN958.98
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 72次
引　用: 1次
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内容摘要

一维脉冲激光雷达回波信号发生器是解决激光雷达性能检测的仪器,它能够模拟产生现实工作过程中激光雷达所接受的回波信号,从而避免了激光雷达设计完成初期的复杂外场实验,最终实现本课题组研发的激光测距雷达的实验室性能检测。本文在分析讨论了脉冲激光测距雷达的工作原理以及各性能参数的基础上设计了一款激光雷达回波信号发生器,该信号发生器主要由距离模拟和回波波形模拟两部分组成。距离模拟部分本文设计了一款高精度的延时电路,用以模拟激光雷达测距时脉冲在空气中的飞行时间,该电路主要依靠单片机AT89S52完成数据的处理和控制,通过运放OPA657实现的斜坡电压发生器所产生的电压与14位D/A芯片DAC8311所转换的电压进行不间断的比较,最终由高速比较器MAX999完成延时信号的输出,该电路延时时间分辨率很高,达到107ps,能够很好的完成本课题组研发的激光雷达测距精度的检测。回波波形模拟部分主要利用放大后的电阻热噪声来模拟雷达回波信号中的高斯噪声,并将该噪声与延时电路的输出信号进行叠加,模拟生成最终的回波信号。通过制作样机并进行实验,对设计方案进行验证。经实验数据分析,实测延时时间平均值与设定延时时间误差很小,且延时时间量的稳定性很高；通过对信号和噪声幅值的控制,可以产生各种不同信噪比的回波信号用以满足激光雷达实验室性能检测的需要。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-7
1 绪论  7-13
  1.1 研究背景和意义  7-8
  1.2 国内外研究现状  8-11
    1.2.1 激光雷达国内外的研究现状  8-9
    1.2.2 激光雷达回波信号模拟器国内外的研究现状  9-11
  1.3 本论文的主要工作  11-13
2 激光测距雷达理论分析  13-22
  2.1 激光测距雷达系统工作原理  13-14
  2.2 激光测距雷达系统噪声分析  14-17
    2.2.1 系统背景噪声  14-15
    2.2.2 APD噪声  15-16
    2.2.3 前置放大电路噪声  16-17
  2.3 激光测距雷达测距特性的评价体系  17-20
    2.3.1 激光雷达作用距离方程  17-18
    2.3.2 信噪比的定义以及信噪比形式的测距方程  18-19
    2.3.3 激光测距雷达的测距误差分析  19-20
  2.4 激光雷达回波信号发生器设计要求  20-21
  2.5 本章小结  21-22
3 激光测距雷达回波信号发生器的设计  22-38
  3.1 整体设计原理  22-23
  3.2 距离模拟电路工作模块分析  23-33
    3.2.1 D/A转换模块  24-27
    3.2.2 斜坡电压发生器电路模块  27-29
    3.2.3 信号输入和输出模块  29-31
    3.2.4 单片机和串口通信模块  31-33
  3.3 回波波形模拟工作模块分析  33-35
  3.4 印制电路板的设计  35-36
  3.5 本章小结  36-38
4 实验验证及分析  38-47
  4.1 高精度延时电路检测实验过程及分析  38-44
  4.2 高斯噪声及信号叠加检测实验过程及分析  44-46
  4.3 本章小结  46-47
5 总结与展望  47-49
致谢  49-50
参考文献  50-51

一维脉冲激光雷达回波信号发生器的设计

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