[發明專利]一種基于FPGAIdelay高精度脈沖激光測距方法

在審

• 申請號: 201710565781.2
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN107247272A
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 楊悅豐;謝紹禹;呂華;賈曉東
• 申請（專利權）人: 天津津航技術物理研究所
• 主分類號: G01S17/08
• 分類號: G01S17/08
• 代理公司: 中國兵器工業集團公司專利中心11011
• 代理人: 劉二格

技術領域

本發明屬于激光測距技術領域，涉及一種基于FPGAIdelay高精度脈沖激光測距方法。

背景技術

目前激光脈沖測距法利用脈沖激光器發射一個或一列很窄的激光脈沖，通過測量回波與發射主波之間的脈沖延遲時間來測量距離，如圖1所示即測量飛行時間法。在靈敏度足夠和不產生測距模糊的情況下，其最大測量距離為：

式中：c是光速，T_r是激光往返于發射器和目標之間的飛行時間，在這里它等于發射脈沖的重復周期；f_r是激光發射脈沖的重復頻率。

時間間隔測量電路的主要作用是準確測量激光主波信號和回波信號之間的時間間隔。目前脈沖測距時間測量方法主要是數字插入法。數字插入法是在數字法的基礎上，通過插入法提高測量精度。這種方法利用FPGA內部邏輯單元實現延遲線，如圖2所示，而FPGA的分段式布線決定其延遲的不可預測性，在采用FPGA時，為了減小邏輯單元連線所帶來的延遲，這部分電路需要采取人工布局，布線并鎖定的手段實現。另外，不同速度等級的器件，其基本的延遲單元也不一樣。另外采用FPGA采用內部邏輯單元實現延遲，這種辦法受溫度的影響比較大。

發明內容

(一)發明目的

本發明的目的是：提供一種基于FPGAIdelay實現高精度脈沖激光測距方法，用于激光脈沖測距，提高測距精度。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供一種基于FPGAIdelay高精度脈沖激光測距系統，其包括激光發射模塊、激光接收模塊和數據處理模塊。激光發射模塊用于發射測距激光，激光接收模塊接收反射激光，數據處理模塊包括XilinxFPGA，測距激光作為主波信號依次傳輸給FPGA的n個主波管腿，反射激光作為回波信號依次傳輸給FPGA的n個回波管腿，同時利用FPGA的高速時鐘對主波信號和回波信號進行粗計數，計數結果記為N，并在高速時鐘的每一個上升沿分別對n個主波管腿和n個回波管腿進行采樣，如果檢測到有大于等于一個管腿為高電平，則對采樣結果進行鎖存；最后，對主波信號的采樣結果進行時間反演t1，對回波信號的采樣結果進行時間反演t2，N*2+t1+t2再乘以光速的一半即得到測距結果。

其中，所述FPGA有31個主波管腿和31個回波管腿。

其中，所述主波信號依次傳輸給相鄰的2個主波管腿之間的時間間隔為65皮秒，回波信號依次傳輸給相鄰的2個回波管腿之間的時間間隔為65皮秒。

其中，所述高速時鐘采用的500M高速時鐘。

本發明還提供一種基于FPGAIdelay高精度脈沖激光測距方法，其包括以下步驟：

步驟1：測距激光作為主波信號依次進入FPGA的主波管腿1-主波管腿31；

步驟2：反射激光作為回波信號依次進入FPGA的回波管腿1-回波管腿31；

步驟3：利用高速時鐘對進入主波管腿1的主波信號和進入回波管腿1的回波信號分別進行粗計數，計數結果記為N；

步驟4：在FPGA中，在高速時鐘的每一個上升沿對主波信號的31個主波管腿進行采樣，如果檢測到有大于等于一個管腿為高電平，則對主波采樣結果進行鎖存；

步驟5：在FPGA中，在高速時鐘的每一個上升沿對回波信號的31個回波管腿進行采樣，如果檢測到有大于等于一個管腿為高電平，則對計數結果N和回波采樣結果進行鎖存；

步驟6：對主波的采樣結果進行時間反演t1，對回波的采樣結果進行時間反演t2；

步驟7：N*2+t1+t2得到測時結果T，T乘以光速的一半得到測距結果。

其中，步驟1中，所述主波管腿1-主波管腿31共31個管腿依次緊鄰，保證主波信號依次進入這31個管腿，即主波信號先進入主波管腿1，再進入主波管腿2，......，最后進入主波管腿31。

其中，步驟1中，利用XilinxFPGA的ChipSync技術，調用FPGA內部可編程IDELAY資源，對主波管腿分別采用Idelay進行不同延時設置，主波管腿1-主波管腿31延遲分別對應為0-30節拍，即主波管腿1延遲為0節拍，主波管腿2延遲為1節拍，波管腿3延遲為2節拍，......，主波管腿31延遲為30節拍，每個節拍延時為65皮秒。

其中，步驟2中，所述回波管腿1-回波管腿31共31個管腿依次緊鄰，保證回波信號依次進入這31個管腿，即回波信號先進入回波管腿1，再進入回波管腿2，......，最后進入回波管腿31。