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基于FPGA的TDC及激光雷达系统设计与实现

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基于FPGA的TDC及激光雷达系统设计与实现

作者：黄嘉健广州大学

学位级别：硕士

激光雷达是一种主动获取周围环境信息的传感器,其凭借出色的测距能力在智慧城市、智能交通、自动驾驶、无人机、机器人等领域得到广泛使用。相比于毫米波雷达、超声波雷达、摄像头等探测传感器,激光雷达具有抗干扰性强、探测距离远、精... 详细信息

激光雷达是一种主动获取周围环境信息的传感器,其凭借出色的测距能力在智慧城市、智能交通、自动驾驶、无人机、机器人等领域得到广泛使用。相比于毫米波雷达、超声波雷达、摄像头等探测传感器,激光雷达具有抗干扰性强、探测距离远、精确度高等优势,通过发射高速激光脉冲即可实时采集环境信息。对于脉冲式激光雷达,飞行时间测量的精度需要达到皮秒级,而传统采用微控制器和计时芯片相结合的方式受限于寿命低、开发周期长、不可重复配置和成本高等问题。为解决以上问题,本文基于FPGA实现高精度皮秒级数字计时代替计时芯片,并在此基础上通过理论分析和电路设计完整地搭建了一套单线激光雷达系统,通过实验测试验证系统的整体性能。论文的主要内容如下:(1)对激光雷达的测距原理进行了分析,包括激光测距原理、时刻鉴别原理和飞行时间间隔测量原理,根据本文所需选择了脉冲式激光测距法作为本系统的测距方案,并根据脉冲式测距原理采用前沿定时鉴别方案和基于FPGA的时间数字转换器(TDC)作为时间间隔测量方案。(2)研究激光雷达的系统框架,设计激光雷达系统的光学镜头和壳体结构。根据激光器和光电探测器的焦距和尺寸设计符合要求的准直镜头和聚焦镜头,根据各模块尺寸和大小设计了激光雷达系统的三维结构,将反射镜、电机、主控制器、驱动板、激光收发模块固定于壳体中。(3)研究激光雷达系统的硬件电路,包括设计需求分析、元器件选型、原理图设计和PCB设计与调试。在系统发射部分采用了高功率激光二极管作为发射光源,并利用MOSFET设计高功率窄脉冲激光驱动电路,最高功率可达75W。在接收端设计了基于雪崩光电二极管的回波信号接收电路,实现了信号的高灵敏度接收。(4)研究基于FPGA实现的高精度计时功能,利用FPGA芯片内部的CARRY4设计延迟链实现细计数器模块,配合粗计数器模块、编码器模块、触发信号发生模块实现完整的TDC计时功能,并通过码密度法对TDC的非线性误差进行功能验证与测试。(5)研究系统各模块的控制与通信设计,测试激光收发模块的收发性能、TDC的计时效果和数据传输功能。为验证激光雷达系统的性能,对不同物体进行了扫描,根据电机旋转角度和TDC计时数据计算二维空间中每个数据点的位置,并在上位机实现二维成像。

关键词：激光雷达脉冲式激光测距 TDC FPGA 高精度计时

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舰船电力系统网络通用智能重构算法研究

舰船电力系统网络通用智能重构算法研究

作者：黄嘉健华中科技大学

学位级别：硕士

现代舰船电力系统网络结构日益复杂,容量越来越大,同时电气设备对电站供电的连续性和可靠性的要求越来越严格。当发电机、母线或某些重要元件出现故障或不正常运行,可能造成重要负荷失电,影响整个电力系统的安全运行及舰船的航行安全。... 详细信息

现代舰船电力系统网络结构日益复杂,容量越来越大,同时电气设备对电站供电的连续性和可靠性的要求越来越严格。当发电机、母线或某些重要元件出现故障或不正常运行,可能造成重要负荷失电,影响整个电力系统的安全运行及舰船的航行安全。因此,舰船在故障时必需实施网络重构,快速、最大限度地恢复重要负荷供电。目前,国内外的工作主要集中于重构方法及优化算法的理论研究上,所提出的方法仅针对简单的网络结构,算法通用性不强。本文的研究重点在于提出一种适用于各种电力网络结构的通用算法,以提高舰船电力系统在重构中的自动化和智能化。本文针对舰船电力系统的特点以及网络重构的需求,提出了基于列表法原理的在线潮流计算方法。该方法将舰船电力系统简化成只含电流源、电压源和阻抗的直流网络,并使用列表法求解支路电流,能快速为重构算法提供足够精确的潮流分布信息。该方法不仅适用于辐射性网络结构,也适用于复杂多环嵌套网络结构。针对重构问题,本文对列表法作了改进,提出了根据网络变化快速修改列表法系数矩阵的方法,并将其应用于舰船电网重构问题中,完成了基于列表法的粒子群(PSO)网络通用重构算法。本文从多方面改进了算法性能,对实现重构算法的在线实时运行作了试探性研究。最后本文建立了基于PSCAD/EMTDC的闭环测试平台,通过对典型舰船电力系统算例进行故障重构仿真,验证了该算法的有效性。

关键词：舰船电力系统网络重构通用算法直流潮流法列表法暂态闭环测试

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X银行Y分行小微企业信贷风险管理研究

X银行Y分行小微企业信贷风险管理研究

作者：黄嘉健扬州大学

学位级别：硕士

基于停电性质分类的多环节电网可靠性评估方法

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电力自动化设备 2016年第3期36卷 129-135页

作者：郑文杰黄嘉健孙川汪隆君广东电网公司电力科学研究院广东省智能电网新技术企业重点实验室广东广州510080 华南理工大学电力学院广东广州510640

传统供电可靠性评估未全面考虑输电网因素和管理控制指标的影响,因此提出基于停电性质分类的多环节电网可靠性评估方法。该方法引入输配连接点建立多环节电网供电可靠性关系,采用可靠性网络等值法量化输电网故障对故障停电可靠性指标的... 详细信息

传统供电可靠性评估未全面考虑输电网因素和管理控制指标的影响,因此提出基于停电性质分类的多环节电网可靠性评估方法。该方法引入输配连接点建立多环节电网供电可靠性关系,采用可靠性网络等值法量化输电网故障对故障停电可靠性指标的影响,有效解决了数据缺失的问题并简化了工程;利用岭迹图筛选出主要电网生产管理控制指标、确定岭参数值,基于岭回归分析量化管理控制指标对预安排停电可靠性指标的影响,以便发掘管控增强措施。对某供电局进行供电可靠性评估,结果表明所提模型及方法能更加精准地评估电网可靠性指标。

关键词：多环节电网可靠性评估连接点岭回归分析停电

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基于状态监测的配电网可靠性检修选择模型

电网技术 2015年第1期39卷 164-168页

作者：黄嘉健王昌照郑文杰汪隆君广东省智能电网新技术企业重点实验室(广东电网公司电力科学研究院) 广东省广州市510080 华南理工大学电力学院广东省广州市510640

针对配电网检修的对象选取主观性强、可靠性评估采用历史平均数据等问题,提出基于状态监测的配电网可靠性检修选择模型及算法。根据设备状态监测量与故障率的关系,建立了以检修前后系统平均停电频率、系统平均停电时间、系统缺电量的变... 详细信息

针对配电网检修的对象选取主观性强、可靠性评估采用历史平均数据等问题,提出基于状态监测的配电网可靠性检修选择模型及算法。根据设备状态监测量与故障率的关系,建立了以检修前后系统平均停电频率、系统平均停电时间、系统缺电量的变化量最大为目标,以预算成本和人力资源为约束条件的多目标配电网可靠性检修选择模型,基于规格化法向约束方法高效准确获得完整且均匀分布的Pareto前沿,采用模糊选择策略确定最优折中解。对RBTS-BUS6系统的计算表明,所提出模型及算法能够有效求解配电网可靠性检修问题。

关键词：配电网可靠性检修状态监测规格化法向约束方法