基于FPGA的飛秒激光飛行時(shí)間測(cè)距儀中高速信號(hào)處理的研究.pdf

1、本文研究課題以衛(wèi)星編隊(duì)飛行為背景，然而編隊(duì)衛(wèi)星間實(shí)時(shí)、高精度的絕對(duì)距離測(cè)量是保證衛(wèi)星編隊(duì)飛行的前提。傳統(tǒng)激光測(cè)距方法主要分為脈沖飛行時(shí)間測(cè)距和光學(xué)干涉測(cè)距兩大類，但均不能實(shí)現(xiàn)這種大尺度、高精度的絕對(duì)距離測(cè)量。由于飛秒激光器的脈沖寬度在飛秒量級(jí)，具有超高的時(shí)間分辯率，這給距離測(cè)量帶來(lái)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(duì)飛行、精密工業(yè)制造等應(yīng)用的集成化飛秒激光測(cè)距儀，

2、主要開展了以下工作。
　　1.搭建了一臺(tái)高重復(fù)頻率的飛秒激光器作為測(cè)距光源，基于平衡光學(xué)互相關(guān)技術(shù)，對(duì)約3m處的目標(biāo)進(jìn)行絕對(duì)距離測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法具有很高的測(cè)距精度，可以達(dá)到52nm以上。然而，由于該方法只能對(duì)特定距離進(jìn)行測(cè)量，盲區(qū)很大，并且需要高壓設(shè)備調(diào)節(jié)腔長(zhǎng)，體積難以縮小。因此，這種測(cè)距方法不適合星載應(yīng)用。
　　2.搭建了兩臺(tái)具有2KHz重復(fù)頻率差的光纖激光器作為光源，基于非線性光學(xué)采樣，對(duì)約2m處的合作目標(biāo)進(jìn)行測(cè)

3、量。通過(guò)連續(xù)測(cè)量取平均，在進(jìn)行20次平均時(shí)，得到了0.8μm的測(cè)距精度，基本滿足指標(biāo)要求。但是用作信號(hào)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(cè)距原理，開發(fā)了嵌入式的高速信號(hào)處理單元。它搭載了14bit、105MSPS的AD9640對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行采集，并采用了具有高速并行特性的FPGA對(duì)離散信號(hào)進(jìn)行處理。在文中，先對(duì)高斯擬合原理進(jìn)行了分析、驗(yàn)證，然后利用基本運(yùn)算設(shè)計(jì)開發(fā)了自適應(yīng)濾波、高斯擬合和方程組求解等算法，并用