光子计数激光雷达时间-数字转换系统

时间测量系统在激光雷达中主要用于激光脉冲飞行时间的测量,其性能直接影响着激光雷达的各项指标.基于FPGA设计了一种应用于光子计数激光雷达的时间-数字转换(Time-to-Digital Converter,TDC)系统,利用延迟线内插在FPGA内部实现了高精度的时间测量,通过实验分析,研究了TDC系统的性能及其应用于光子计数激光雷达后的效果.实验结果表明,TDC系统的时间分辨率达到29 ps,测时精度37 ps,能够实现9通道的高精度事件计时功能,用于光子计数激光雷达后,整个激光雷达系统的测时精度为421 ps,达到6.3 cm的距离测量精度,能够实现高精度高分辨率的激光三维成像.     

一种具有相位转换模块的全数字延迟锁相环设计

采用开-闭环结合模式的全数字延迟锁相环(ADDLL)兼具快速锁定优势和动态跟踪能力.将相位转换技术应用在一种具有双精度延迟线的开-闭环结合ADDLL中,可将其延迟链中的延迟单元数量减少一半,并减少时间数字转换器所需的触发器个数.运用中芯国际55 nm工艺的仿真结果表明,在1.25 GHz工作频率下,提出的结构仅需10个...     

一种用于相控阵雷达的多通道接收机

分析了雷达系统的需求,介绍了一种用于相控阵雷达的多通道接收机,对接收机指标进行了计算,重点分析了接收链路的增益分配、线性频率调制(LFM)信号的实现和Ku波段本振源的低相噪设计,并优化了接收机的抗振性能。测试结果表明接收机的主要技术指标满足系统要求,整个方案合理、可行。     

基于TDC的自动驾驶激光雷达测距方法研究

在应用于自动驾驶的相位调制连续波（PhMCW）激光雷达测距系统中,测量中频（IF）信号的脉冲宽度是关键问题,时间数字转换器（TDC）模块对IF信号的测量决定了PhMCW激光雷达的测距范围与精度。然而传统的TDC实现方法测量范围很小,且实现大测量范围时系统复杂度高,难以应用于自动驾驶。为了实现高精度大范围的TDC模块,采用基于现场可编程门阵列（FPGA）的严格计数链法,在保证比较高的测量精度的前提下,增加很少的资源使用量就可以扩大测量范围,设计简单。该TDC模块能够实现1.24μs的时间测量范围,对应最大探测距离为186 m。利用信号源产生不同脉宽的被测信号进行实际测试,获得了最佳为26.42 ps的测量精度,对应测距精度为3.96 mm,优于现有商用激光雷达50 mm的测距精度。对200 ns脉宽的过采样数据包进行了频谱分析,证明了TDC测试结果受开关电源噪声影响。最后,搭建PhMCW激光雷达系统进行应用验证,实现了0.3～7 m飞行时间探测,从而证明了该TDC测量方法的可行性。该方法在激光雷达测距领域具有广阔的应用前景。     

一种激光雷达探测模块控制电路的设计和制作

传统上使用机械旋钮调节光电倍增管 (PMT) 增益的方法不仅存在需要人为依据经验手动操作、准确性差等 弊端, 而且 PMT 增益易受温度影响, 需要根据环境温度动态调整 PMT 的高压, 这些局限性都不利于其在激光雷达系 统中的应用。为了便于对 PMT 进行增益调节并保持 PMT 增益的稳定, 设计了可用于激光雷达系统的 PMT 控制电路 板, 该电路可使用计算机实现增益调节和高压的温度自适应调节, 从而精简了信号探测系统的结构与体积, 提升了信 号的稳定性。本工作采用内置高压电源的 H10721-20 型 PMT, 并基于 STM32 单片机结合数模转换器 (DAC) 和外围 电路完成控制电路板的设计并进行实际制作。进一步对使用电位器调节的 PMT 和利用所提出的控制方法进行调节 的 PMT 进行了高压稳定性的对比实验, 并对使用 PMT 控制电路板的米散射激光雷达的性能进行了测试。实验结果 表明所提出的控制方法可实现更稳定的 PMT 增益控制, 设计的 PMT 控制电路板具有良好的可靠性。     

一种用于FPGA的快速锁定全数字延时锁定环的设计实现

本文提出了一种用于FPGA中DDR SDRAM控制器的接口快速锁定的全数字延时锁定环。该电路对数据选择脉冲(DQS)实现90度的相位偏移。为了实现延时锁定环的快速锁定,同时解决了错误锁定的问题,本文提出了一种新颖的数字时间转换器的结构。在延时环路中设计了占空比纠正电路,实现50％的占空比输出。该延时锁定环电路采用0.13μm标准CMOS工艺设计制作。测试结果表明,工作频率范围为75MHz～350MHz,数字控制延时链(DCDL)的调节精度为15ps,并且电路的闭环特性能跟踪电压、温度等环境的变化。     

面阵激光雷达多通道时间间隔测量系统研制

为解决APD面阵激光雷达多路激光飞行时间测量这一关键技术,研制了多通道高精度并行时间间隔测量系统。系统硬件由研制的4个基本测量单元和1个数据打包单元组成,系统软件采用事件驱动模式编程,利用循环FIFO和中断技术实现与上位机数据通信。被研发的测时系统应用于5×5光纤阵列耦合APD面阵激光雷达试验后,面阵激光雷达所有25个通道最大的距离标准偏差为4.22 cm,测距偏差为-6.41 cm~10.58 cm,达到面阵激光雷达测距精度要求。     

一种用于激光雷达的微振镜设计北大核心CSCD

为了满足激光雷达系统高线数和远距离探测的技术要求,提出了一种用于车载激光雷达系统的电磁式激光微振镜扫描机构,反射镜直径为12 mm,微振镜采用TC4钛合金材料,提出了“工形”的机械结构方案,利用Nastran软件力学仿真分析,并搭建试验平台测试了微振镜的偏转角度和谐振频率等性能。实验结果表明:激光微振镜的一阶谐振频率为298 Hz,最大偏转角度为8.12°,满足技术要求,相比于传统MEMS振镜,在保证高扫描频率的同时,提高了通光口径,对激光雷达的进一步产业化发展有重要意义。     

一种DSP芯片多通道缓冲串行口的配置方法

简单介绍了SPI接口协议的内容和11公司生产的TNS320C5402 DSP芯片,以及如何将该DSP芯片的多通道缓冲串行口McBSP配置为SPI模式(时钟停止模式),从而可以实现DSP芯片与其它处理器(PC机、A/D芯片等)之间的通信,该配置方法广泛应用于高速数据采集系统.     

高精度多波束激光雷达时间间隔并行测量技术研究

基于延迟线内插原理,设计了一种基于FPGA的多路时间间隔并行 测量方法。该方法可以解决多波束激光雷达的同时测量问题,其通道可达52波束。本文系统主要由 脉冲整形电路、测量电路以及数据处理模块等组成。实验结果表明,各通道的综合 测时均方差范围为59.55～70.06 ps,各通道平均值的均匀性为446.8 ps,一致性误 差较小。由于具有性能稳定、精度高、体积小以及使用方便等优点,该系统可以为高精度多通道信息获取技 术在多波束机载激光雷达中的广泛应用提供技术基础。     

应用于测风激光雷达的多普勒校准仪

测风激光雷达作为一种测速工具,系统的多普勒校准是验证测量准确性的关键步骤之一。针对车载、机载测风激光雷达的校准要求,设计了便携式多普勒校准仪。其基本原理是:利用已知目标的运动速度,与激光雷达系统测得的目标运动速度比较,得到系统的速度校准曲线。研制的多普勒校准仪自身系统相对误差为1%,小于激光雷达测量误差;其多普勒散射信号频谱展宽小于0.7 MHz,可以等效为气溶胶的后向散射谱。径向速度的连续调节范围可达±50 m/s。实验结果显示:当探测光子数接近2000时,激光雷达测速的精度为0.6 m/s。     

测风激光雷达的软件设计

介绍了多普勒测风激光雷达运行控制的设计与实现,包含对激光器、二维光束扫描单元、双Fabry-Perot标准具和光子计数卡的控制.运行控制软件采用Microsoft Visual Basic 6.0语言编写,界面简洁,操作方便,实现了多普勒测风激光雷达系统的长时间无人看守连续工作.     

多通道远程数据传输系统接口转换器设计

针对远程数据传输系统中不同通信接口标准间信号灵活切换的需要,采用AT89C51作为主控制器,结合MAX232、MAX485接口驱动芯片,设计了一款智能多通道远程数据传输系统接口转换器。给出了硬件设计电路及相应通信软件的设计方法,同时采用Visual Basic6．0设计了简单友好的主机程序人机界面,最后对该转换器进行了各通道的数据传输测试。实际应用表明,利用该转换器可以灵活地在各种接口间传输数据信息。     

条纹管成像激光雷达条纹数据提取算法

条纹管成像激光雷达(STIL)是一种新型闪光式激光成像雷达,具有大视场、高分辨率、高帧频等优点,其条纹数据的准确提取是后期目标图像三维重构的关键,现有的峰值探测法忽略了噪声与CCD采样误差对目标条纹数据偏差的影响,在提取条纹数据时存在较大的误差。针对其影响并基于对特定回波波形及理论回波波形的分析,提出了一种新的条纹数据提取算法,不但能够有效降低噪声和CCD采样误差对条纹数据提取的偏差,更能够方便地去除系统的整体综合噪声。为验证该算法的准确性,设计了阶梯目标成像实验,实验结果表明该方法可以明显提高条纹管成像激光雷达条纹数据提取的精度。     

激光雷达常数的测量研究

提出了一种新的激光雷达常数的确定方法.利用在大气气溶胶水平分布均匀的天气条件下,在无几何因子影响的区域通过激光雷达消光后向散射比和美国大气模式的数值计算得到激光雷达常数.理论上分析了误差来源,由激光雷达消光后向散射比引起最大的误差小于12.27%.最后根据测量信号计算得到本系统激光雷达常数为600668.2 sr·km3,其标准偏差小于13%.不同时刻的测量结果显示了很好的一致性,表明该方法是可行的.激光雷达常数的获取为评估激光系统以及激光雷达方程的参数反演带来的便利.     

用于高重复率激光测距系统的环状传递延时式时间数码转换器

本文报导一种创新的“环状传递延时式”单芯片时间数码转换器,由于线性度优异,测量“预时段”极短,故适用于高重复率光学飞时测距应用,例如扫瞄式三维测量激光雷达。使用一种简单的电路让循环脉冲第一周均回复其脉宽,使可转换的时间长度不会如以往装置因脉冲之前沿与后沿前进速度不同而受到限制。使用讥售可编程逻辑片所制造之原型样机。实验测得「之微分误差小于１１５ｐｓｅｃ,非线笥度小于０．３１％,而最长可测时间只受限     

Optical Antenna System Design for 3D Imaging Lidar

A new aspheric surface pre-collimation lenses system for the optical antenna of three-dimensional(3D)imaging of lidar has been optimally designed and simulated by optical design software CODE-V.Four kinds of aspheric surfaces spherical lenses including the sections of spherical,elliptical,hyperbola,and parabola have been researched.The optical system,including the elliptical cylinder lenses collimation and the optical antenna,can be realized less than 5μrad collimation angle for dot source semiconductor laser beam.     

一种升压式PFM DC-DC转换器的设计

讨论了一种PFM升压式DC－DC电压转称器的设计，重点对其关键的基准电压产生，振荡控制信号产生及比较器设计进行了分析，并采用3μmCOMOS工艺完成芯片的设计。