基于相位法的激光测距系统设计与仿真

摘要

激光测距作为一种测量技术，与其它测量手段相比，因其具有非接触式、测量速度快、测量精度高、测量距离远、抗干扰能力强等独特优势而被广泛应用于多种领域。在智能交通领域中，如汽车防撞系统、无人驾驶汽车等，都是通过车辆上安装的激光测距传感器实现道路安全识别的功能，激光测距技术的应用对于道路交通安全起到了重大作用。针对国内激光测距中测量精度不高，设计复杂等问题，本论文从多种角度分析了影响激光测距系统精度的因素，以提高系统测量精度、简化系统电路结构、降低系统设计成本为目标，设计了一种基于相位法的激光测距系统。 在相位法测距原理和差频测相原理的理论基础支撑上，搭建了基于相位法的激光测距系统。在时钟生成模块，设计了基于CPLD控制的LMK04000时钟生成电路，在分析了时钟相位噪声对测量系统误差影响以及时钟信号中谐波对系统测量的影响，提出了简化时钟电路的设计方案。通过分析光电二极管放大电路的噪声以及系统的最远可探测距离影响因素，对光电二极管放大电路进行了优化设计，降低了电路输出总噪声；改进了激光调制驱动电路，提高了驱动电路的驱动功率。设计了差频输出模块电路，将高频信号频率降至低频信号，降低了对于AD芯片的采样频率要求。 在完成系统电路设计的基础上，对系统各模块电路进行了仿真，通过仿真结果可以看出各个模块电路能够实现其相应功能，验证了系统的可行性。本论文设计的基于相位法的激光测距系统基本可以达到预期的设计要求。

目录

1 绪论

1.1课题背景及研究意义

1.2国内外研究现状

1.2.1激光测距仪国外研究现状

1.2.1激光测距仪国内研究现状

1.2.3激光测距方法研究现状

1.2.4 频率合成技术研究现状

1.3主要研究内容及论文结构安排

2 激光测距系统总体设计方案

2.1激光测距原理

2.1.1相位法测距原理

2.1.2差频测相原理

2.2测距系统整体组成方案

2.3本章小结

3 激光发射模块设计

3.1时钟生成电路设计

3.1.1 LMK04000时钟生成器介绍

3.1.2 LMK04000参数确定

3.1.3 LMK04000内部寄存器介绍以及状态确定

3.1.4 5MHz和5kHz信号的生成

3.1.5有源带通滤波电路设计

3.1.6本振信号生成

3.1.7时钟电路相位噪声仿真分析

3.1.8时钟相位噪声对系统测量精度影响分析

3.1.9谐波成分对系统测量精度影响的分析

3.1.10 时钟电路简化方案

3.2激光器驱动电路设计

3.2.1激光二极管选型

3.2.2激光器驱动电路设计

3.2.3激光器驱动电路仿真

3.3本章小结

4 光电接收模块设计

4.1光电二极管放大电路设计

4.1.1光电探测器选择

4.1.2光电二极管放大电路噪声分析

4.1.3光电二极管放大电路的优化设计

4.1.4优化后光电二极管放大电路噪声分析

4.1.3优化前后光电二极管放大电路分析对比

4.2 AGC主放电路设计

4.3差频输出电路设计

4.3.1混频电路设计

4.3.2有源低通滤波电路设计

4.3.3 差频输出电路仿真

4.4本章小结

5 结语

5.1论文工作总结

5.2存在的不足与进一步展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢