[发明专利]多通道测水激光雷达高速数据实时采集及存储系统

说明书

本发明公开了多通道测水激光雷达高速数据实时采集及存储系统，实现4通道采样，1GSPS采样率，采样精度可达到16bits。所述系统包括前端数据采集模块，FPGA模块，数据存储模块以及上位机软件。前端数据采集模块的功能是采集激光雷达回波数据，通过FMC接口与FPGA连接，将采集的数据传输给FPGA；FPGA模块的功能是实现AD采集，JESD204B协议，Microblaze软核搭建，以太网传输，数据缓存及存储；数据存储模块的功能是把采集的激光雷达回波数据存储到固态硬盘中；上位机软件的功能是显示设备状态信息，通过百兆以太网把固态硬盘中的数据导出到电脑。本发明公开的多通道的高速数据实时采集及存储系统具有多通道采样，采样速度快，采样精度高，实时性好的优点。

技术领域

本发明涉及激光雷达领域，尤其涉及一种用于激光雷达回波数据的多通道高速实时采集及存储系统。

背景技术

激光雷达在采集回波数据时要求采集并行通道多，采集速度快，采集实时性高。所以，需要设计专门的高速数据实时采集及存储系统来满足数据的多通道实时采集及存储要求。

专利号为CN 113518193 A的专利公开了一种基于并行LVDS接口的高速数据采集系统解决了大数据量数据采集及传输，但是存在接口延迟以及实时性不高的问题。专利号为CN 102176142 B的专利公开了一种基于FPGA的250MSPS采样率，12bits精度的高速数据采集系统，解决了多路数据采集及传输，但存在采样速率不快，采样精度不高的问题。专利号为CN 112859705 A的专利公开了一种基于FPGA的高速数据采集系统，解决了数据的高速传输，但存在通道数少的问题。

发明内容

本发明针对采样速率不够快，采样精度不高以及通道数少的问题，公开了多通道测水激光雷达高速数据实时采集及存储系统。该系统采用TI公司的ADC芯片及时钟芯片实现前端数据采集及系统时钟分配。在FPGA内部搭建Microblaze软核，实现回波数据的缓存，存储，以太网传输以及外围接口的设计。同时，该系统还具有结构紧凑，便携的优点，能够满足各种需要便携式大容量的高速数据实时采集的场景。

本发明可采用以下技术方案来实现：多通道测水激光雷达高速数据实时采集及存储系统由以下四个部分组成：一是4通道的高速ADC数据采集卡模块，接口采用的是SSMC接口，本系统中选用其中三个接口分别接到激光雷达的主波输出和两个PMT接收通道。ADC芯片采用的是TI公司的ADS54J60芯片，其功能是将前端采集的模拟电压信号转换为数字信号并按照JESD204B协议传输到FPGA板卡模块，ADC与FPGA二者通过FMC HPC 400pins接口连接。二是FPGA板卡模块，采用的是Xilinx公司的Kintex7-Series芯片，其功能是实现数据采集、底层逻辑设计以及Microblaze软核搭建，同时按照具体的AD板卡及采集需求来设置所需要的参数，从而得到FPGA所能调用的内部IP核。三是支持SATAⅢ协议的SSD固态存储模块，采用的是三星的860evo固态，其功能是将采集的激光雷达回波数据进行存储。四是上位机软件，其功能是通过百兆网口将存储在固态中的回波数据导出到电脑，同时实现文件的数据转换功能，方便后期数据处理。

多通道测水激光雷达高速数据实时采集及存储系统的工作流程如下：①将该系统与激光雷达连接，连接内容包括触发输入，激光主波，2个PMT接收通道，电源接口，串口，网口。②激光雷达系统上电上电后给多通道高速数据实时采集及存储系统下发参数。③控制激光雷达出光，激光雷达系统开始出光工作，此时ADC板卡开始进行回波数据的采集，并将数据传输给FPGA。④FPGA内部通过搭建的Micrroblaze软核将回波数据及串口接收的POS数据进行缓存并存储到固态硬盘中。⑤采集结束通过以太网接口将回波数据导出到电脑。

本发明的有益之处是：①实现了激光雷达回波数据的多通道实时采集要求。②实现了激光雷达回波数据的高速率、高精度采样。③实现了上位机软件对数据进行导出，管理及文件转换。④还具有结构简单，便携，能够满足各种需要便携式高速数据实时采集及大容量存储的场景的优点。

附图说明