实时近距感应技术在自主系统中的应用：专为FMCW（Frequency Modulated Continuous Wave）架构定制的放大器前端（AFE）和现场可编程门阵列（FPGA）加速方案

《IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems》：Real-Time Proximity Sensing for Autonomous Systems: Custom AFE and FPGA Acceleration for FMCW Architecture

　　

摘要：

在频率调制连续波（FMCW）光探测与测距（LiDAR）系统中，频率调制（FM）的线性度和连续波（CW）解调是决定整体性能的关键因素。尽管大多数先前的研究都集中在基于CPU的线性化和解码上，但本研究提出了一种针对自主系统的实时FMCW架构。该系统使用了一种通常较为可靠的分布式反馈（DFB）激光发射器，但在动态自主环境中可能会受到温度引起的频率漂移的影响。为了解决这些问题，采用了一种现有的基于核的非线性跟踪方法，并将其进一步扩展为粗略到精细的框架，以实现大范围的操作。主要设计重点在于接收器，其中包括一个为模拟数字转换器（ADC）接口和乘积累（MAC）操作优化的定制模拟前端（AFE），以及基于硬件描述语言（HDL）的实时解码过程。在自由空间中的实验结果表明，该系统的误率为0.15%，在2米距离处的标准差为0.48毫米，证明了所提出架构的可行性。此外，还进行了强度测量以验证AFE的性能。