[发明专利]一种具备实时门控功能的多通道光子计数激光雷达接收机

摘要

本发明公开一种具备实时门控功能的多通道光子计数激光雷达接收机，该接收机硬件上主要由一片大容量FPGA芯片组成，FPGA内部配置成单主波通道多回波通道模式,包括一个主波通道模块和多个回波通道模块。本发明的目的在于提供一种实现方式简明且具备实时门控功能的多通道光子计数激光雷达接收机。在FPGA内部配置成单主波和多回波通道模式，回波通道利用粗计数值完成回波信号的粗时间测量，同时利用粗计数值进行直方图统计，根据统计结果完成自动门控，再利用内插延迟链完成对多通道多脉冲回波的精确时间测量。本发明具有外围电路简单，实现方式简明，功能接口可灵活配置和性价比高等优点。

主权项

1.一种具备实时门控功能的多通道光子计数激光雷达接收机，包括主波通道模块和回波通道模块，其特征在于：所述的激光雷达接收机在一片FPGA芯片上实现，所述的FPGA芯片具备可生成多通道ns级传播长度的进位链用于构建内插延迟链；所述的主波通道模块包括主波内插延迟链子模块、主波精细测量编码子模块和主波主控子模块,在主波主控子模块控制下，主波内插延迟链子模块和主波精细测量编码子模块完成对主波脉冲的精细时间测量；所述的回波通道模块包括回波粗计数器子模块、回波内插延迟链子模块、回波精细测量编码子模块、回波直方图统计子模块和回波主控子模块,在回波主控子模块控制下，回波粗计数器子模块完成对回波脉冲的粗时间测量，回波内插延迟链子模块和回波精细测量编码子模块完成对回波脉冲的精细时间测量，回波直方图统计子模块完成对回波脉冲的实时门控；所述的主波主控子模块由FPGA内部状态机逻辑实现，所述的主波内插延迟链子模块由FPGA中的专用进位链实现，所述的主波精细测量编码子模块由FPGA内部的逻辑资源实现；所述的回波主控子模块由FPGA内部状态机逻辑实现，所述的回波粗计数器子模块由FPGA内部高速计数器实现，完成以粗计数为周期的时间测量，所述的回波内插延迟链子模块由FPGA中的专用进位链实现，所述的回波精细测量编码子模块由FPGA内部的逻辑资源实现，所述的回波直方图统计子模块由FPGA内部的RAM资源实现，实现对固定时间间隔内的回波数量进行累计统计，得到门控的范围设置；测量时，激光发射主波脉冲进入主波通道，每路激光回波脉冲进入每个回波通道；主波主控子模块提取主波内插延迟链上的主波脉冲行走时间数据，送入主波精细测量编码子模块获得主波脉冲和粗计数时钟沿时间间隔的精细测量结果并存储在寄存器中；回波主控子模块在主波脉冲到来时将回波通道的回波粗计数器子模块清零，在回波脉冲到来时，暂时缓存此时的回波粗计数器子模块计数值，提取回波内插延迟链上的回波脉冲行走时间数据，送入回波精细测量编码子模块获得回波脉冲和粗计数时钟沿时间间隔的精细测量结果并暂时缓存；回波主控子模块将缓存的回波粗计数器子模块计数值送入回波直方图统计子模块进行累计统计，得到门控范围设置并对回波脉冲进行过滤，将满足条件的回波粗计数值和精细测量结果存入高速FIFO缓存供外部读取。