[发明专利]基于FPGA的多通道时间测量系统、方法及激光扫描仪

说明书

本申请提供了基于FPGA的多通道时间测量系统、方法及激光扫描仪，对激光扫描仪发射的激光信号及任一通道接收到的激光回波信号进行预处理，从而消除输入至该系统的输入信号的不稳定性，即提高了输入信号的准确度，因此，能够在一定程度上提高测量时间结果的精确度。同时，在得到各个通道对应的测量时间结果后，利用校准单元对各个通道对应的测量时间结果进行校准使得测得的各个通道的时间保持良好的一致性，即在一定程度上提高了每个测量通道的时间测量精确度。而且，各个通道的校准参数存储在上位机中，再由上位机将系统当前场景对应的校准参数发送至FPGA，这样无需要在FPGA中烧录校准参数，操作简单，而且，可以根据使用场景不同随时调整校准参数。

技术领域

本发明属于激光扫描领域，尤其涉及基于现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)的多通道时间测量装置、方法及激光扫描仪。

背景技术

激光扫描仪是一种工作在从红外到紫外光谱段的成像系统。激光扫描仪能够精确测量目标位置(距离和角度)、运动状态(速度、振动和姿态)和形状，探测、识别、分辨和跟踪目标。其中，脉冲式激光扫描仪采用脉冲波调制，测量距离可达上千米，精度达毫米级，普遍适用性更强。脉冲式激光扫描仪利用激光对目标的距离进行准确测定，在工作时，向目标射出一束激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时单元测量激光束从发射到接收的时间，计算出从扫描仪到目标的距离。

激光扫描仪发展迅速，面阵及线阵要求越来越广泛，同时轻量化、小型化也是用户非常看重的，因此多通道计时单元是目前迫切需要的。FPGA发开周期短，片内资源多，设计灵活，研发成本低，具有开发针对性、专用性等特点而成为理想的激光扫描仪多通道计时单元开发平台。但是，目前基于FPGA实现的计时单元的时间测量精确度有限。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供基于FPGA的多通道时间测量系统、方法及激光扫描仪，以解决传统的基于FPGA实现的计时单元时间测量精确度低的问题。其具体的技术方案如下：

一方面，本申请提供了一种基于FPGA的多通道时间测量系统，包括：预处理单元、粗时间测量单元、细时间测量单元、整合单元和校准单元；

所述预处理单元，用于对激光扫描仪发射的激光信号及任一通道接收到的激光回波信号进行预处理得到处理后信号；

所述粗时间测量单元，用于测量任一通道对应的所述处理后信号中两个脉冲之间的粗粒度时间并输送至所述整合单元；

所述细时间测量单元，用于测量任一通道对应的所述处理后信号中两个脉冲之间的细粒度时间并输送至所述整合单元，所述细时间测量单元的测量时间单位小于所述粗时间测量单元的测量时间单位；

所述整合单元，用于对同一通道对应的所述粗粒度时间和所述细粒度时间进行整合，得到该通道对应的测量时间结果；

所述校准单元，用于利用上位机发送的各个通道对应的校准参数，对各通道对应的测量时间结果进行校准得到各个通道对应的校准测量时间。

可选地，所述预处理单元具体用于：

对激光扫描仪发射的激光信号及任一通道接收到的激光回波信号进行异或逻辑运算，得到所述处理后信号。

可选地，所述整合单元包括译码器和输出缓冲器；

所述译码器，用于接收所述细时间测量单元输出的细粒度时间，并将所述细粒度时间转换为数字信号后输送至所述输出缓冲器；

所述输出缓冲器，用于接收所述粗时间测量单元输出的粗粒度时间，并将同一通道对应的粗粒度时间和细粒度时间进行整合得到该通道对应的测量时间结果。

可选地，所述校准单元具体用于：