【摘 要】
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高精度的距离测量在现代科学和技术领域中至关重要,但是现有脉冲激光测距存在单次测距精度不高、精度提升算法复杂等问题,使得高精度距离信息的实时性不足。本文从系统层面对影响单次测距精度的因素建模分析,设计优化了激光测距系统的硬件电路,最终研制出一套能在动态环境中进行实时高精度距离检测的激光测距系统。首先,对于激光测距系统的结构和工作原理进行详细的介绍,对影响测量范围和精度的因素进行数学分析,提出具体的设
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高精度的距离测量在现代科学和技术领域中至关重要,但是现有脉冲激光测距存在单次测距精度不高、精度提升算法复杂等问题,使得高精度距离信息的实时性不足。本文从系统层面对影响单次测距精度的因素建模分析,设计优化了激光测距系统的硬件电路,最终研制出一套能在动态环境中进行实时高精度距离检测的激光测距系统。首先,对于激光测距系统的结构和工作原理进行详细的介绍,对影响测量范围和精度的因素进行数学分析,提出具体的设计要求。根据设计要求选择合适的激光器和光斑会聚光学结构,并对激光发射电路的延时进行建模分析。最终得到脉宽为5ns,具有固定延时的窄脉冲激光。其次,分析回波接收模块中各个结构对于测量范围和精度的影响,接收光学结构和发射光学结构配合可实现20cm-150m范围内的距离测量,低噪声固定增益放大电路的测量动态范围可达1:2000,并根据放大电路低频噪声推导出交流耦合设计公式。同时对时刻鉴别电路进行建模分析,采用电流双阈值和电压脉宽双通道的时刻鉴别修正方法,整个系统的单次测距精度优化10cm以内。最后,设计了用于数据处理的信号处理模块和集成电源模块,搭建了在汽车上进行动态实时测量的实验。信号处理模块对整个系统的固定延时进行标定,并在卡尔曼滤波算法框架下,对于系统运行中的动态误差进行修正。一辆小型汽车在安装了三台激光测距系统后,在0-80km/h的速度范围内的动态融合精度仍维持在10cm以内。
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