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激光由于其优越的性质很早就被应用在测距领域,而脉冲激光测距方法是目前远距离测距中应用最广泛的测距方法。传统的基于模拟信号的脉冲激光测距系统普遍存在元器件较多、重量较重、抗干扰能力弱等缺点,不利于实现整个激光测距机的一体化和小型化,无法充分利用脉冲之间的相关信息,在精度和最远测量距离上受到限制。
由于基于模拟方法的局限性,本文针对激光测距回波接收和处理电路,设计了数字式远距离激光测距系统,采用200MSPS高速模数转换器AD9481和高速存储器解决了激光回波脉冲信号的数字化问题,计数分辨率为5ns。通过DSP+CPLD完成芯片间的时序匹配和数据采集功能。在数据处理部分,采用高速DSP(TMS320C5509A)芯片,为高速数据处理算法建立了硬件平台。在软件设计上,分别设计了DSP嵌入式软件系统和上位机控制软件。本系统在数据处理和回波检测过程中,采用单次回波脉冲检测算法、局部中值滤波并通过四种不同的回波特征时间进行回波检测,确定了精度最高的回波检测算法。同时,为提高最远测距距离,使用信号累积算法,可以大大提高测量远距离目标时的数据信噪比。
本文通过搭建实验,采集大量实验数据的前提下首先验证了系统硬件和软件算法的可行性,再通过具体实验测量结果和基于模拟信号的激光测距机测量结果进行了比较。实验表明,本系统采用的数字式激光测距技术在测量性能有很大的改善,可以达到测距精度±1.5米,最远测量距离在12公里以上,并且实现了系统的小型化,满足了嵌入式实时处理的需求。