[发明专利]一种基于FPGA的高重复频率三维扫描激光雷达扫描角测量电路

摘要

本发明公开了一种基于FPGA的高重复频率三维扫描激光雷达扫描角测量电路，所述基于FPGA的高重复频率三维扫描激光雷达扫描角测量电路利用增量式编码器测量垂直方向扫描电机零位信号，绝对值编码器测量水平方向扫描电机角度数据，同时结合FPGA内部实现的锁相环模块、2选1开关模块、脉秒冲计数器模块、角度测量模块、时间测量模块和USB接口模块实现高重复频率三维扫描激光雷达每一束出射激光脉冲垂直方向和水平方向扫描角的高精度测量。所述基于FPGA的高重复频率三维扫描激光雷达扫描角测量电路突破了常规利用插值方法获取扫描角的缺陷，有效提高了三维扫描激光雷达扫描角的测量精度。

主权项

本发明公开了一种基于FPGA的高重复频率三维扫描激光雷达扫描角测量电路，其特征在于，所述基于FPGA的高重复频率三维扫描激光雷达扫描角测量电路利用增量式编码器测量垂直方向扫描电机零位，低响应频率绝对值编码器测量水平方向扫描电机的扫描角度，结合基于FPGA自主设计的高精度时间测量模块测量发射脉冲信号与垂直方向扫描电机零位信号之间的时间间隔，实现三维扫描激光雷达中高重复频率激光脉冲垂直方向扫描角度与水平方向扫描角度的测量，同时利用GPS秒脉冲信号和自主设计的USB接口模块对测量到的角度数据和时间数据经USB接口有序上传到上位机，同时借助于自主设计的USB接口模块，实现扫描角度数据与距离数据之间的对准，所述基于FPGA的高重复频率三维扫描激光雷达扫描角测量电路包括锁相环模块、2选1开关模块、角度测量模块、时间测量模块、秒脉冲计数器模块和USB接口模块，所有所述模块均在一片FPGA内部完成，所述锁相环模块分别产生频率为1赫兹的秒脉冲、用于各模块输入信号上升沿检测的50兆赫兹检测时钟和用于时间测量模块计时的500兆赫兹计时时钟，所述2选1开关模块用于选择输入到秒脉冲计数器模块的秒脉冲信号是由外部GPS产生还是由锁相环产生，所述秒脉冲计数器对输入的秒脉冲信号个数进行测量，并控制USB接口模块中的数据进行有序上传，所述角度测量模块在检测垂直方向扫描电机零位信号控制下读取水平方向扫描电机角度数据，得到垂直方向扫描电机零位对应的水平方向扫描角度θ，所述时间测量模块测量每一个发射脉冲信号与前一个垂直方向扫描电机零位信号之间的时间间隔tv‑p，利用所测时间间隔和垂直方向扫描电机转速可以得到每一个发射激光脉冲所对应的垂直方向扫描角度αα＝tv‑p×sv  (1)同时结合电机零位对应的水平方向扫描角度θ和每一个发射脉冲信号与前一个垂直方向扫描电机零位信号之间的时间间隔tv‑p，以及水平方向扫描电机的转速sh，可以得到每一个发射激光脉冲所对应的水平方向扫描角度ββ＝θ+tv‑p×sh  (2)从而得到每一个发射激光脉冲对应的水平方向扫描角度和垂直方向扫描角度。