基于FPGA的激光雷达高速数据采集系统设计

为了对激光雷达的回波信号进行采集,设计了一款基于FPGA的高速数据采集、预处理系统.该系统以FPGA内嵌DRAM作为存储器,以同步有限状态机作为控制方式,可在1kHz的外触发信号激励下,以20MHz的采集频率采集数据,并可在不丢失脉冲的情况下,对采集到的4 096个数据点进行5 000次以上的对应点累加平均(滤除背景噪音).设计完成的数据采集系统已应用于一台米散射激光雷达系统中,达到了30km探测距离、7.5m时空分辨率的设计要求.     

光学信息处理、图像识别

介绍了一种以DSP和CPLD为核心的激光雷达图像采集系统,阐述了系统工作原理、系统结构和软硬件设计。系统以TMS32oC5402DSP芯片作为系统控制和图像处理的核心,通过双口RAM接收激光雷达图像数据,用CPLD根据场、行、列、写雷达图像4个同步输人信号生成双口RAM的地址信号实现图像存     

基于无线传感器网络节点采集存储系统设计

无线传感器网络是当前前沿热点研究领域;随着无线传感器网络的发展,每一个节点采集信号的精度和速率成为关键因素;本设计以FPGA、DSP作为控制核心,实现了一种可对多路信号同时高速采集的系统,采样率为72 kHz,利用流水线技术对混合编帧后的数据进行存储,存储速率为6.282 MB/s,以解决数据量传送速率的问题,并利用无线传输将传感器节点信息传入汇聚节点输出;测试结果表明:该设计可以完成对多路信号的同时采集和存储且整个系统稳定可靠。     

基于FPGA的无创伤血液成分光谱采集系统设计

血液成分检测是健康诊断的重要手段,常规的血液成分检测采用抽血的方法,不仅给病人带来痛苦,还存在交叉感染的风险。近红外光谱技术是无创伤血液成分检测中的研究热点。为满足近红外无创伤血液成分检测仪器对其光谱数据采集系统提出的高速、多通道和高信噪比的要求,设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的高速、多通道光谱数据采集系统。该系统采用Altera公司Cyclone IV系列的FPGA芯片作为其微控制器,控制两片8通道的A/D芯片并行采集16通道的人体血液脉搏波光谱信号,采集到的数据在FPGA的控制下首先缓存在FPGA内部建立的乒乓RAM中,然后转存至外部SRAM芯片中,最后经USB总线传输至计算机。实验结果表明,在19 531 Hz的采样频率下,该系统能够高速并行采集16个通道的信号,重复性信噪比可达40 000∶1。此外,在该采样率下,系统可以采集到高信噪比的人体血液脉搏波信号,采集速度能够达到每秒305幅光谱图。该系统满足近红外无创伤血液成分检测仪器对于光谱数据采集系统的基本要求。该研究的主要创新点为将FPGA应用于近红外无创伤血液成分检测仪器的数据采集系统中,FPGA能够同时控制两片AD芯片进行16路人体血液脉搏波数据的高速并行采集,解决了单片机作为微控制器时无法实现多通道大量数据高速采集和储存的问题,使仪器的采集速度大大加快;同时使用FPGA内部资源建立乒乓RAM进行数据的缓冲,实现了不同位数数据从AD芯片到SRAM芯片的无缝连续传输。     

基于DSP+FPGA的实时信号采集系统设计与实现

为了提高对实时信号采集的准确性和无偏性,提出一种基于DSP+FPGA的实时信号采集系统设计方案。系统采用4个换能器基阵并联组成信号采集阵列单元,对采集的原始信号通过模拟信号预处理机进行放大滤波处理,采用TMS32010DSP芯片作为信号处理器核心芯片实现实时信号采集和处理,包括信号频谱分析和目标信息模拟,由DSP控制D/A转换器进行数/模转换,通过FPGA实现数据存储,在PC机上实时显示采样数据和DSP处理结果。通过仿真实验进行性能测试,结果表明,该信号采集系统能有效实现实时信号采集和处理,抗干扰能力较强。     

基于USB总线的机载多脉冲激光雷达产品测试系统研制

针对现有的机载激光雷达产品测试系统不能模拟特定信噪比,且系统使用复杂的问题,开发了基于USB总线的机载多脉冲激光雷达产品测试系统;测控软件可以设定信噪比、脉冲幅值、脉冲周期等参数,并根据静态测距和动态测距的实际需要,生成静态和动态模拟数据;另外,测试系统还能够采集外场数据,并在测控计算机上存储和分析;采集和生成的数据经过USB总线发送给基于FPGA+高速D/A转换器架构的数据转换器,再输出给激光雷达产品,保证了数据传输的高速性和灵活性;经过测试表明,信噪比在3~9的情况下,产生回波信号的距离误差控制在1%以内,信号幅值误差控制在0.5%以内;测试系统的各项指标都满足实际需要,为激光雷达产品调试提供了良好的模拟仿真平台。     

基于PCIe高速总线的飞秒激光测距信号采集系统设计

设计并实现了一种基于PCIe高速总线接口的飞秒激光测距回波信号采集系统。该系统以FPGA为控制核心,集成了数据高速采集、数据高速存储和PCIe高速DMA传输控制。设计了PCIe接口传输驱动和上位机程序。通过系统测试,验证了该系统性能稳定、功能完备。将飞秒激光测距中的多种设备集成在一块FPGA板卡中,提升了系统的集成化。     

基于FPGA ARM的高速U盘记录仪的设计

为了满足对高速串行数据长时间实时显示存储的要求,提出了一种采用FPGA+ARM作为主控制器结合大容量Flash缓冲的设计方案;系统前端采用FPGA串并转换并控制Flash进行数据采集,后端采用ARM进行实时显示存储;该系统采集速率高,能够采集高达8.45 Mbps的输入数据,存储容量可扩;系统是针对两路输入速度高达460 800 bps的串行数据而设计的,经测试验证,数据存储可靠稳定,可广泛应用于飞行装置上。     

基于SOPC的光信号数据采集解调系统设计

设计并实现了一种基于可编程单片式系统(SOPC)开发平台的光信号数据采集解调系统。通过现场可编程门阵列(FPGA)设计完成了光信号数据的采集、解调以及FLASH数据的实时存储和TCP/IP数据的实时传输。通过系统测试,验证了该系统具有工作性能稳定、功能完备、实时性高、适用范围广、可裁剪、可扩展等优点,在激光测试、光电信号处理等领域具有广泛的应用价值。     

基于线阵CCD的高速光谱信息采集系统的研究

针对爆炸时刻光谱信息量大、存在时间短的特点,设计了一款基于线阵CCD高速光谱信息采集系统.系统以FPGA作为主控芯片不仅为CCD提供工作时序,同时还控制着信号调理、模数转换和光谱信息的存储与传输.最后,通过USB串行总线将采集到的光谱信息传输至上位机进行后续处理.结果表明,利用该系统可在一次爆炸过程的100ns时间内完成四个时刻爆轰温度的测量,具有较高的测量精度和速度,可实现爆轰过程中高速动态光谱信息的采集与存储,并可应用于其它瞬态信息的获取领域.     

成像激光雷达系统性能的研究

如何合理而有效地设计成像激光雷达系统 ,是进行成像激光雷达系统研究的关键 ,设计时必须充分考虑各种参数之间的相互关系 ,根据所提出的指标 ,选择激光器和探测器及其它元器件。以二极管泵浦固体Nd∶YAG激光器为光源 ,以探测的统计学为基础 ,从作用距离、探测概率、虚警概率、信噪比等方面研究了成像激光雷达系统的性能 ,探讨了成像中实际影响成像像素数的因素 ,为成像激光雷达系统的研究提供必要的理论依据。     

应用于地形匹配导航的激光高度计设计

为解决基于雷达高度表探测的地形匹配导航系统探测精度不高、易受电子干扰影响而失效、且在跨海飞行时无法导航的难题,设计了一种激光高度计来代替雷达高度表进行地形探测。采用二极管泵浦固体激光器技术设计激光发射装置,输出近红外/蓝绿双波长激光,既可以测量陆地地形高度,又可以穿透海水探测海底地形;并根据激光高度计拟达到的性能指标选择合适的光电探测器,优化设计了光学系统、扫描系统和信号处理系统。所设计的激光高度计具有体积小、重量轻、高重频、探测灵敏度高、抗电磁干扰能力强等特点。     

连续波对激光雷达的电磁干扰效应

为检验连续波电磁环境下激光雷达的安全可靠性,以单线离轴激光雷达作为试验对象,进行了连续波作用下激光雷达电磁干扰效应试验。通过试验得到,当干扰天线极化方向不同时,同一激光雷达的敏感频率和频段也是不同的,而且干扰信号的敏感频率和敏感频段不同时,激光雷达受干扰的场强的大小不同,在同一敏感频率场强越大,激光雷达受干扰情况越严重;最后分析得到了该激光雷达受到干扰的原因, 为改进激光雷达,提高其电磁环境适应性提供了依据。     

信号延时叠加提高激光雷达探测信噪比

以激光雷达回波信号的频谱特征为基础,提出了用信号延时叠加来提高激光雷达探测信噪比的方法.通过实验测量获取了大量激光雷达回波信号,并以此为基础,讨论了信号延时叠加提高激光雷达探测信噪比的可行性.结果表明:在系统带宽50 MHz、回波脉宽30 ns的条件下,通过信号延时叠加可提高激光雷达的探测信噪比在40%以上,且存在最佳的延时时间.     

基于啁啾光纤光栅时分延时的相控阵波束形成

利用脉冲调制雷达信号的间歇性工作特点,不同波长的激光与雷达信号进行时分调制。啁啾光纤光栅将已调制射频信号的一串光脉冲序列进行反射延时,不同波长的激光序列在不同位置反射后产生不同时延。对载波频率等于4GHz的脉冲雷达信号进行实验测量,结果表明4个阵元的延时值与波束指向的理论延迟值一致,满足系统设计要求。     

变光外差为电外差的双频激光探测

演示一种双频激光位移探测系统,阐述光载波激光雷达的概念。由单块非平面环形腔固体激光器和声光调制器产生100MHz载波频率的双频激光束,作为探测光束,经过光路收发系统,探测位于电动导轨上目标的位移变化,信号处理部分采用高速光电探测器响应后信号的电子外差解调方式,位移量的获得通过高频锁相放大器解算参考光束与信号光束的相位差并计算获得。通过双频激光把光学外差探测变为了电子外差探测,系统重复误差小于3%。系统在利用无线电雷达信号处理方式的同时,保留了激光探测的优点,位移测量系统具有良好的重复性。     

三维形貌测量激光雷达光学系统设计

利用差频干涉原理设计了基于迈克尔逊干涉仪的激光雷达测距系统,该系统配合轴角编码器,可实现三维形貌测量。介绍了激光雷达发射系统和接收系统的设计,发射系统根据高斯光束准直理论,确定光学系统的相关参数,设计了可用于2 m~18 m范围内的激光测距系统,同时利用Zemax的宏语言编程,绘制出变倍曲线。接收系统根据激光雷达测距方程,确定目标的相关参数,以获取最大的回波能量,并通过光学系统将回波光束耦合进光纤。该系统实现了发射、接收共光路,可用于轨道客车的子弹头面型的非接触测量及其他复杂的三维面型,具有测量速度快、精度高的特点,有着很广阔的发展前景。     

基于角度-多普勒分辨的反射层析激光成像雷达研究

设计了一种基于角度-多普勒分辨的接发同轴反射层析激光成像雷达系统,给出了基本成像原理和数学表达,相应分析了目标横向距离分辨率和单个角度采样时间的关系。并在实验室平台上模拟远场衍射传输,获取探测目标的角度-多普勒分辨的反射投影图,采用滤波反投影算法实现目标横截面图像重建。此方法采用相干外差探测,可以大大提高雷达接收信号灵敏度,同时不涉及光频空间相位和时间相位,成像中没有相位匹配过程,降低了实施技术难度,具有一定的实际意义和使用价值。     

窄脉冲相干激光雷达偏频锁定系统仿真研究

鉴于偏频锁定技术在激光外差探测和激光雷达等方面的广泛作用,基于可编程逻辑器件,设计了适用于窄脉冲激光外差信号的偏频锁定控制系统。在设计中,使用超高速电压比较器进行波形变换、多脉冲鉴频和大概率均值滤波进行数字鉴频,采用小步长快速控制方法进行调频,利用数模转换器和线性放大电路输出调频信号。借助信号发生器产生40ns脉宽的模拟外差信号对系统进行了仿真,实现了设计功能。对系统进行鉴频和调频测试,在40ns脉宽时鉴频误差范围为-7.5MHz～+7.7MHz。