利用DDS IP实现非重复扫描系统(三)

一个不容忽视的现实是:很多时候,我们穿衣服时第一道扣子扣错了,却总在扣最后一道扣子的时候才发现。衣服的扣子扣错了,大不了再扣一遍,但人生的扣子一旦扣错了,是无法重来一次的。


利用DDS IP实现非重复扫描系统

1 DDS技术简介

  1. 随着电子技术的不断发展,传统的频率合成技术逐渐不能满足人们对于频率转换速度、频率分辨率等方面的追求,直接数字频率合成技术应运而生。

  2. 直接数字频率合成技术(DDS) 是把一系列数据量形式的信号通过D/A转换器转换成模拟量形式的信号合成技术。DDS具有很多优点,比如:频率转换快、频率分辨率高、相位连续、低功耗、低成本与控制方便。

  3. DDS技术满足了人们对于速度稳定性的需求,但是在一些控制较为复杂的系统中,DDS专用芯片不能很好的贴合要求。利用现场可编程门阵列(FPGA)实现DDS具有很大的灵活性,基本能满足现在通信系统的使用要求。

2 DDS IP使用说明

3 非重复扫描系统

  • 激光雷达常用机械振镜或者MEMS振镜进行激光的空间扫描,扫描方式基本都是传统的重复扫描系统,扫描路径可重复、运动方式简单、可靠性较高。但存在产生盲点的风险,无论扫描持续多长时间,视场中的某些物体都会被遗漏。

  • 非重复扫描系统中激光照射的区域面积随时间增大,那么覆盖率随时间推移而显著提高,这样的好处是可以探测视场中更多的细节。当然也有其缺点,为了获得更多细节,时间相应会加长。

3.1 伯努利双纽线

3.1.1 简介

  • 伯努利双纽线,也称双纽线,关于它的描述首见于 1694 年,雅各布· 伯努利将其作为椭圆的一种类比来处理。设定线段 长度为2a,若动点M满足 ,那么M的轨迹称为伯努利双纽线。

  • 双纽线是函数图形,不仅体现了数学美的对称、和谐、抽象、简洁、精确、统一、奇异、突变,同时也具有特殊的有价值的艺术美,是形成其它一些常见的漂亮图案的基石,也是许多艺术家设计作品的主要几何元素。

3.1.2 表达式

伯努利双纽线直角坐标方程(定线段=2a):


伯努利双纽线直角坐标方程.png

伯努利双纽线极坐标方程:

伯努利双纽线极坐标方程.png

3.1.3 图像

theta = linspace(0,2*pi,10000);
rho = (1.*cos(2*(theta))).^(1/2); %伯努利双纽线
polar(theta,rho,'b');
title('伯努利函数双纽线——极坐标');
伯努利双纽线.png

3.2 伯努利双纽线改进型

从伯努利双纽线得到启发,只需对伯努利双纽线的一些参数作必要的修改,使其周期是伯努利双纽线周期的小数倍即可。需要注意的是cos(θ)的指数尽量为整数,否则FPGA实现比较困难。

rho = (A.*cos(K*theta).^(P/2);
x = rho.*cos(theta);
y = rho.*sin(theta);

保证P/2为正整数,更改K即可,可以根据自己的设计要求进行合理的参数选择。以下为实际matlab仿真运行图像,可以看到图像很漂亮、很舒心。

伯努利函数改进版-样例1.gif
伯努利函数改进版-样例2.gif
伯努利函数改进版-样例3.gif
伯努利函数改进版-样例4.gif

4 DDS IP实现伯努利改进型

由上述伯努利改进型函数rho = (A.cos(Ktheta).^(P/2)的直角坐标方程x = rho.cos(theta)与y = rho.sin(theta)得,直角坐标系下x、y只需要两个不同定值频率的三角函数做乘积即可。

所以只需要两个Xlinx DDS IP进行实现,只需要根据频率计算相位增量即可,具体可参考Xlinx DDS IP相关文章,本文档不做说明。
具体的FPGA实现波形如下所示:

伯努利双扭线改进型函数FPGA仿真波形.png
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