GHz伪随机码脉冲序列发生电路设计与实现(2)
图3.2.1 LabVIEW FPGA程序开发流程 7
图3.2.2 NI FlexRIO 7951R FPGA模块与NI 6585适配器模块 8
图3.3.1 差分线PCB分层隔离图 9
图3.3.2 LVDS差分线设计 9
图4.1.1 序列生成程序前面板 11
图4.1.2 序列生成程序框图 12
图4.1.3 创建/打开二进制文件 12
图4.1.4 写入二进制文件函数 12
图4.2.1 程序项目结构 13
图4.2.2 IO模块控制方式选择 14
图4.2.3 fpga.vi程序框图 14
图4.2.4 15
图4.2.5 脉冲序列输出（Host）.vi前面板 15
图4.2.6 脉冲序列输出（Host）.vi程序框图 16
图4.2.7 17
图4.2.8 test.vi程序框图 17
图4.2.9 波形1、2 18
图5.2.1 改进后序列生成.vi程序框图 20
图5.2.2 改进后fpga.vi程序框图 20
图5.2.3 改进后脉冲序列输出（Host）.vi前面板 20
图5.2.4 改进后脉冲序列输出（Host）.vi程序框图 20
图5.2.5 MAX3890元件引脚图 22
图5.2.6 PCB实物图 22
图5.3.1 波形3 23
1 绪论
1．1 课题背景及意义
激光测距是利用激光进行距离测量的一种测距技术。其研究始于20世纪60年代，80年代后期转入应用研究阶段，技术日趋成熟，90年代中期，各种成熟的产品不断出现。激光测距主要采用飞行时间法来测量距离，该技术的发展围绕着提高精度，扩大测量范围，缩短测距时间等方面展开[1]。
时间相关单光子计数技术[1-3]（TCSPC）首先由 Bollinger、Bennett、Koechlin 三人在吹冰十年代为检测被射线激发的闪烁体发光而建立的，后来人们把它应用到荧光寿命的测量等领域。它的优点如下：时间分辨本领好, 灵敏度高，测量精度高，动态范围大，输出数据数字化，便于计算机存贮和处理等。在近代物理、化学、生物等领域中获得了广泛的应用，特别是在研究发光动力学方面更有它特殊用途。
时间相关单光子计数技术(TCSPC)应用在激光测距中可以实现高距离分辨精度的测量。通过选择适当的仪器，再经过大量回波光子的累积测量，以及对光子分布直方图的后期处理，可以使TCSPC激光测距系统的时间分辨精度小于1ps[4]。此外，由于TCSPC技术是针对接近单光子的信号，这就避免了使用大功率的激光器，使得系统可以在确保人眼安全和低光强的情况下使用。
在长距离测距中展现出高分辨率的同时，TCSPC激光测距系统也存在弱点——距离模糊[5]。这里，距离模糊是指使用TCSPC系统探测距离超过系统脉冲间隔所确定的距离的目标物时，由于系统无法确定接收脉冲与发送脉冲的对应关系，而导致无法确定目标确切距离的现象。为完全避免距离模糊问题，可以限制脉冲的重复频率，使同一时间只有一个脉冲传输。但是，这种方法使用的低的重复频率极大地减小了距离数据的收集速率，降低了TCSPC系统的效率。另一种方法，在事先知道的目标大致距离的情况下，将发送脉冲加上一个固定延时后再用于比较，使测试距离处于一个脉冲间隔中，最后再加上延时得到实际飞行时间。但是，当不能事先获取目标大致距离信息，或目标具有多种距离信息（深度变化大或运动目标）的情况下，这种方法将不再可行。
为解决上述问题，将周期性脉冲序列替换为随机产生的非周期性脉冲序列，用单光子返回时间构成接收序列样式，使用发送和接收序列样式之间的相关性用来确定特定目标的光子飞行时间[6]。为达到以上目的，需要生成一个高数据率的伪随机码脉冲序列，用以驱动可编程激光器。
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