[發明專利]一種應用于激光測量系統的全波形數據實時上傳處理方法

有效

• 申請號: 201710896876.2
• 申請日: 2017-09-28
• 公開（公告）號: CN107678011B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 趙毅強;李杰;葉茂;胡凱;薛文佳;周國清
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01S7/487
• 分類號: G01S7/487
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

本發明公開了一種應用于激光測量系統的全波形數據實時上傳處理方法，包括波形數據滑窗操作、波形識別與提取和上傳數據的處理；波形數據滑窗操作中，根據實測波形特征確定窗寬，每一次同步電信號到來時，開始對數據進行滑窗，窗寬先設置為發射波提取滑窗寬，每增加一個數據，窗口向右滑動一次，每次滑動均完成對窗內波形數據的識別；并通過一個定時計數器用于激光回波時刻與發射時刻時間差的粗略計算；通過閾值法進行波形的識別，找到對應光脈沖，將窗內數據傳輸到輸出緩存；經過波形識別與提取后，利用輸出到輸出緩存的數據以及由定時計數器得到的激光回波時刻與發射時刻時間差的粗略計算值，進而得到得到激光回波與激光發射波之間的準確時間差。

技術領域

本發明涉及激光測量系統中，將系統采集到的激光回波全波形數據，實時高速的由下位機上傳至上位機的方法。

背景技術

激光以其亮度高、能量集中、方向性好、單色性好等優點，在測量領域得到了廣泛應用。激光測距、激光測高、激光測深、激光成像等各類激光測量技術日漸成熟。激光測量方法一般可分為脈沖法、相位法和調頻連續波法等。與其它方法相比，脈沖法具有結構簡單、測程遠、測量速度快等優點，因此脈沖法在激光測距系統中得到了廣泛應用。脈沖法是通過測量激光脈沖飛行時間實現對目標距離精確探測的方法。具體過程是激光器向目標發射激光脈沖，激光遇到目標后，部分能量反射回來形成激光回波脈沖，被激光探測器接收。通過計算激光回波脈沖到達時刻Tr與激光脈沖發射時刻Tt的時間差，再結合激光飛行速度C，得到激光器與探測目標之間的距離D:

確定激光脈沖到達時刻的方法同樣有很多，包括閾值法、恒比定時法、上升沿法、形心法等。這些算法要保證較高的計算精確度和較快的下位機實現，通常要依靠系統的高采樣頻率和波形的標準形狀。但是當激光光斑過大，光斑范圍內高程信息復雜的情況下，激光脈沖回波形狀不是一個獨立的高斯脈沖，而是眾多脈沖疊加后的復雜波形，使用傳統的算法很難保證計算精度。這時需要采集完整的全波形信息，通過上位機強大的數據分析工具對波形信息進行分析，進而得出更加準確的脈沖時刻，這就需要將采集到的波形完整數據實時傳輸到上位機進行計算。而對于一般的全波形激光測距系統，用于采集波形數據的模數轉換器采樣率都較高，通常能達到1Gbps以上，量化位數一般也能達到8位。如果將采集到的所有數據全部通過串行總線上傳至上位機，至少需要8Gbps的總線速率。而對于計算機，常用的接口很難滿足這么快的接口速率，即使超高速的USB3.0最快也只有理論5Gbps的速率，很難實現所有波形數據的全部上傳。

[參考文獻]

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發明內容

針對現有技術，本發明提供一種應用于激光測量系統的全波形數據實時上傳處理方法，通過對有用波形的識別和提取，實現對波形數據的選擇性實時上傳。是一種以上位機計算為基礎的全波形激光測量系統的數據實時上傳方案。

為了解決上述技術問題，本發明提出的一種應用于激光測量系統的全波形數據實時上傳處理方法，包括以下步驟：

步驟一、波形數據滑窗操作：

激光測距系統光電探測器輸出的模擬信號經過模數轉換器轉換為高速的數字信號，對波形數據進行同步處理和緩存，將緩存后的數據進行波形數據滑窗操作，其中，根據實測波形特征確定窗寬t，窗寬t是波形脈沖寬度的3至4倍；每一次同步電信號到來時，開始對數據進行滑窗，窗寬先設置為發射波提取滑窗寬t1，每增加一個數據，窗口向右滑動一次，每次滑動均完成對窗內波形數據的識別；