基于FPGA的激光雷达数字信号处理研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

激光雷达以激光为信号源，工作原理是向目标发射激光束，然后接收目标反射回来的回波信号，将其与发射信号进行比较，测量激光信号的时间差、相位的时间差和相位来获取信息，确定目标的距离、方位、姿态等。激光雷达是传统雷达技术与现在激光技术相结合的产物。与普通微波雷达相比，激光雷达使用激光作为信号源，工作频率提高了很多，其分辨率更高，隐蔽性、抗干扰能力也更强，并且设备具有体积小、质量轻的优点。目前，激光雷达广泛应用于生活中的各个领域，在机载雷达、导弹制导和无人驾驶等领域取得了显著的效益，展现了良好的发展前景。近几年，激光雷达的行业规模在高速增长。未来随着技术的逐渐成熟，将会有更加广泛的应用。但是以目前的技术，激光雷达工作时受天气影响较大，成本较高，我们急需更加稳定、更低成本的激光雷达系统。

自1970年激光雷达发明以来，在这几十年的时间里，国外的激光雷达早已有了很大的发展。1994 年美国发射了世界上第一台星载激光雷达-lite激光雷达，它的观测结果非常令人满意。2003 年，美国发射了glas激光测高系统，主要用于了解极地冰雪变化、观测陆地、云层和大气信息。欧洲空间局在过去 20 年也进行了多项激光雷达试验，1996年发射的atlid是esa支持的第一个空间激光雷达项目，主要用于云顶高和云层边界层的测量。此外，德国、日本、加拿大、澳大利亚等发达国家也有很多激光雷达研究项目。

近年来，激光雷达广泛应用于我国的气候、气象、空间、遥感和环境等方面。在过去的几十年里，我国的激光雷达技术也在不断提高，取得了不少科研成果。我国在嫦娥一号和嫦娥二号上使用了激光高度计，实现了获取卫星下方月表地形高度数据的任务。2009年以来，我国在激光雷达领域研究论文数超过德国和法国成为世界第二，在气象与大气科学、环境科学与生态领域中已有了较大成果。但是，我国在海洋探测开发、水下目标探测等其他领域仍较发达国家有较大的差距，并且研究重心还主要停留在光学基础研究及器件和系统开发上，仍缺少高水平的研究成果。总体来说，国外的激光雷达技术仍领先于我国，不过我国也在努力地缩减与国外的差距。

2. 研究的基本内容与方案

研究的基本内容：

设计激光雷达数字信号处理系统，对回波信号进行数字信号处理。激光雷达回波信号属于模拟信号，需将其转换成数字信号才能够输入到fpga中，因此需设计模数转换模块将其转换成数字信号，输入到fpga中并进行储存。利用软件算法对于采集到的数字信号进行重构，恢复出原始的回波信号。为了减少误差，使重构的回波信号具有更高的信噪比，使用合适的滤波器将噪声信号过滤掉。获取到高精度、高信噪比的回波信号之后，选择合适的时刻鉴别方法对激光雷达回波时刻进行鉴别，实现对前方障碍物的距离探测。

目标：

3. 研究计划与安排

2020.3.30前实现对激光雷达回波信号的采集存储

2020.4.27前完成激光雷达回波数字信号处理算法的软件设计

2020.4.30前完成中期检查

4. 参考文献（12篇以上）

[1]胡凯翔,李长星,杨飞.基于fpga的改进式fir数字滤波器设计[j].工业控制计算机,2019,32(12):28-29 33.

[2]张倩倩,韩佳玮.基于fpga的fir数字滤波系统设计与实现[j].信息通信,2019(09):37-39.