本项目实现了一套基于FPGA的多频调制激光测距系统,主要用于中远距离高精度测量场景(10m~3000m)。系统采用三频调制方案(150MHz、1.5MHz、50kHz),结合相位测距原理,实现高精度与大范围兼顾。
在系统设计中,通过FPGA生成多路调制信号驱动激光发射模块,同时接收光电探测器返回的TTL信号。利用高速时钟对参考信号与回波信号进行时间同步采样,通过相位差计算获取距离信息。
核心功能包括:
多频信号生成(基于PLL倍频与分频)
回波信号采样与同步处理
相位差测量(基于时间戳/边沿检测)
多频融合算法消除测距模糊
输出毫米级精度的距离结果
该方案相比单频测距,有效解决了相位模糊问题,实现“长距离+高精度”的统一,适用于激光雷达、工业测距、无人设备等场景。
项目基于Altera Cyclone IV(EP4CE10F17C8)平台实现,系统主时钟为8MHz,通过PLL模块倍频生成高频时钟,并进一步分频得到150MHz、1.5MHz及50kHz三路调制信号。
系统架构分为以下几个核心模块:
时钟模块(PLL):实现多频时钟生成,保证系统同步性
发射模块(TX):生成三路调制信号驱动激光器
接收模块(RX):对外部TTL回波信号进行同步与边沿检测
相位测量模块:基于高频计数器记录参考信号与回波信号时间差
多频融合模块:结合三种频率的相位结果进行距离解算
在实现过程中,主要难点包括:
高频信号采样限制:150MHz信号无法直接用低频采样,需要通过PLL或外部下变频解决
相位精度控制:采用高分辨率计数器提升测量精度
多频融合算法复杂:通过分级解算消除周期模糊问题
解决方案:
使用PLL生成高频参考时钟,提高时间分辨率
采用时间戳法替代FFT,降低资源消耗
通过多频组合实现粗测+精测融合,提高整体精度
最终系统可实现千分之一精度的距离测量,并具备良好的扩展性与工程应用价值。