激光3D視覺系統(tǒng)高精密時(shí)差測(cè)量方法研究.pdf

1、激光三維視覺系統(tǒng)是采用激光作為探測(cè)手段的一種高精度、小型化、集成化的復(fù)雜環(huán)境探測(cè)系統(tǒng)。它具有測(cè)量精度高、獲取信息全面、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，在智能機(jī)器人、自主車等智能移動(dòng)平臺(tái)上有著廣泛應(yīng)用，對(duì)空間探測(cè)、海洋勘探等惡劣環(huán)境探索起了很大的促進(jìn)作用。本文主要圍繞激光三維視覺系統(tǒng)的高精度測(cè)距展開研究，重點(diǎn)研究了高精度時(shí)差測(cè)量，主要工作包括以下幾個(gè)方面：
　　首先，從理論上分析了直接探測(cè)與相干探測(cè)的優(yōu)缺點(diǎn)，針對(duì)激光三維視覺系統(tǒng)的應(yīng)用背景，提出采

2、用直接探測(cè)方案。系統(tǒng)采用1.55um脈沖光纖激光器作為光源，采用飛行時(shí)間測(cè)距法，測(cè)距精度直接取決于回波脈沖與發(fā)射脈沖的時(shí)差測(cè)量精度。本文將時(shí)差測(cè)量細(xì)分為脈沖定時(shí)和時(shí)間間隔測(cè)量?jī)蓚€(gè)部分。在分析前沿定時(shí)、過零定時(shí)、恒比定時(shí)和波形型心定時(shí)四種定時(shí)方案的優(yōu)缺點(diǎn)基礎(chǔ)上，結(jié)合仿真實(shí)驗(yàn)提出采用恒比定時(shí)作為系統(tǒng)定時(shí)方案。分析時(shí)間間隔測(cè)量的主流技術(shù)方案，結(jié)合系統(tǒng)應(yīng)用提出采用數(shù)字時(shí)間內(nèi)插作為時(shí)間間隔測(cè)量方案。
　　然后，根據(jù)激光三維視覺系統(tǒng)的信號(hào)處理

3、特點(diǎn)，提出硬件平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)方案。硬件平臺(tái)采用數(shù)字接收技術(shù)，采用高速采樣AD搭建回波信號(hào)處理的硬件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)以高速 AD和FPGA芯片為核心，對(duì)電源電路、時(shí)鐘發(fā)生電路、接口電路等進(jìn)行了設(shè)計(jì)。分析高速電路的特點(diǎn)，在信號(hào)完整性的規(guī)則指導(dǎo)性下設(shè)計(jì)了高速PCB。
　　最后，結(jié)合FPGA硬件平臺(tái)的特點(diǎn)，對(duì)恒比定時(shí)和數(shù)字時(shí)間內(nèi)插進(jìn)行了模塊化的設(shè)計(jì)。根據(jù)信號(hào)模型對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，使用VHDL設(shè)計(jì)模塊，利用MATLAB產(chǎn)生測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)模塊