大视距激光测距高精度测时系统设计与实现

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1、硕士学位论文大视距激光测距高精度测时系统设计与实现DESIGNANDIMPLEMENTATIONOFHIGH-PRECISIONMULTI-CHANNELDISTANCEMEASUREMENTANDCONTROLSYSTEM张金帅哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TN407学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文大视距激光测距高精度测时系统设计与实现硕士研究生：张金帅导师：刘晓为教授申请学位：工学硕士学科：微电子学与固体电子学所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Cla

2、ssifiedIndex:TN407U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinScienceDESIGNANDIMPLEMENTATIONOFHIGH-PRECISIONDISTANCEMEASUREMENTANDCONTROLSYSTEMFORLARGEDISTANCECandidate：ZhangJinshuaiSupervisor：ProfessorLiuXiaoweiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpecialty：Microelectron

3、icsandSolidStateElectronicsAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学学术硕士学位论文摘要距离测量在我们生产生活中有着重要作用，随着社会的发展，对测距精度和范围都提出了更严格的要求，激光测距技术应运而生。由于激光固有的特性使得激光测距能够达到很高的精度，现在激光测距已经进入社会的各个领域。激光测距控制系统决定了激光测距的精度

4、和量程，本文旨在设计一款高精度大量程的激光测距控制系统。激光测距原理主要分为脉冲测距法和相位测距法两种，本文首先对两种激光测距技术进行了研究和分析，通过对比两种测距方式的优缺点决定选取脉冲式激光测距法进行研究。本文以脉冲激光测距原理为基础，根据系统的性能需求，提出了测时系统的设计方案，并根据设计方案实现了测时系统。本系统利用FPGA作为核心控制芯片，高精度测时芯片TDC-GPX作为测时芯片，该芯片的测时精度能够达到皮秒量级，对于测时芯片来讲，测时范围越大，误差就会越大，所以当下很多系统测时范围都受到测时芯片性能的限制，为了突破该限制，本文改进

5、了控制系统。为了实现大量程高精度测距，系统将脉冲计数法与TDC测时法相结合，使系统不仅具有脉冲计数法长时间测量的能力，而且具有TDC测时法高精度的特点，真正实现了大量程高精度的时间测量。系统设计包括软件设计和硬件设计，文章对各部分都进行了详细的阐述，一般在系统工作过程中系统或多或少的会受到噪声的影响，为了排除噪声因素对测距系统的影响，文章还讨论了数据处理的方法，并通过对数据处理验证了数据处理方法对异常数据的处理能力。文章最后对各部分进行了测试，结果显示各部分均能够正常工作，系统整体的测时性能也满足需求。关键词：激光测距；FPGA；脉冲测距法；

6、大量程；控制系统-I-哈尔滨工业大学学术硕士学位论文AbstractDistancemeasurementplaysanimportantroleinourproductionandlife.Withthedevelopmentofsociety,morestringentrequirementsareplacedontheaccuracyandrangeofranging.Laserrangingtechnologyhasemergedasthetimesrequire.Duetotheinherentcharacteristicsofla

7、sers,laserrangingcanachieveveryhighprecision,andnowlaserranginghasenteredallareasofsociety.Laserrangingcontrolsystemdeterminestheaccuracyandrangeoflaserranging.Thispaperaimstodesignahigh-precisionandlong-rangelaserrangingcontrolsystem.Theprincipleoflaserdistancemeasurementi

8、smainlydividedintopulsedistancemeasurementmethodandphasemeasurementmethod.Thispape