基于FPGA的飛秒激光飛行時間測距儀中高速信號處理的研究.pdf

1、本文研究課題以衛(wèi)星編隊飛行為背景，然而編隊衛(wèi)星間實時、高精度的絕對距離測量是保證衛(wèi)星編隊飛行的前提。傳統(tǒng)激光測距方法主要分為脈沖飛行時間測距和光學干涉測距兩大類，但均不能實現(xiàn)這種大尺度、高精度的絕對距離測量。由于飛秒激光器的脈沖寬度在飛秒量級，具有超高的時間分辯率，這給距離測量帶來了新的可能。此外，它還可以做到全保偏光纖化，具有較高的集成度和穩(wěn)定性。因此，本課題旨在開發(fā)一種能夠滿足衛(wèi)星編隊飛行、精密工業(yè)制造等應用的集成化飛秒激光測距儀，

2、主要開展了以下工作。
　　1.搭建了一臺高重復頻率的飛秒激光器作為測距光源，基于平衡光學互相關技術，對約3m處的目標進行絕對距離測量。實驗結果表明該方法具有很高的測距精度，可以達到52nm以上。然而，由于該方法只能對特定距離進行測量，盲區(qū)很大，并且需要高壓設備調(diào)節(jié)腔長，體積難以縮小。因此，這種測距方法不適合星載應用。
　　2.搭建了兩臺具有2KHz重復頻率差的光纖激光器作為光源，基于非線性光學采樣，對約2m處的合作目標進行測

3、量。通過連續(xù)測量取平均，在進行20次平均時，得到了0.8μm的測距精度，基本滿足指標要求。但是用作信號處理的數(shù)字化儀不滿足集成化要求。
　　3.根據(jù)雙飛秒激光測距原理，開發(fā)了嵌入式的高速信號處理單元。它搭載了14bit、105MSPS的AD9640對脈沖信號進行采集，并采用了具有高速并行特性的FPGA對離散信號進行處理。在文中，先對高斯擬合原理進行了分析、驗證，然后利用基本運算設計開發(fā)了自適應濾波、高斯擬合和方程組求解等算法，并用