[发明专利]一种应用于激光测量系统的全波形数据实时上传处理方法

说明书

本发明公开了一种应用于激光测量系统的全波形数据实时上传处理方法，包括波形数据滑窗操作、波形识别与提取和上传数据的处理；波形数据滑窗操作中，根据实测波形特征确定窗宽，每一次同步电信号到来时，开始对数据进行滑窗，窗宽先设置为发射波提取滑窗宽，每增加一个数据，窗口向右滑动一次，每次滑动均完成对窗内波形数据的识别；并通过一个定时计数器用于激光回波时刻与发射时刻时间差的粗略计算；通过阈值法进行波形的识别，找到对应光脉冲，将窗内数据传输到输出缓存；经过波形识别与提取后，利用输出到输出缓存的数据以及由定时计数器得到的激光回波时刻与发射时刻时间差的粗略计算值，进而得到得到激光回波与激光发射波之间的准确时间差。

技术领域

本发明涉及激光测量系统中，将系统采集到的激光回波全波形数据，实时高速的由下位机上传至上位机的方法。

背景技术

激光以其亮度高、能量集中、方向性好、单色性好等优点，在测量领域得到了广泛应用。激光测距、激光测高、激光测深、激光成像等各类激光测量技术日渐成熟。激光测量方法一般可分为脉冲法、相位法和调频连续波法等。与其它方法相比，脉冲法具有结构简单、测程远、测量速度快等优点，因此脉冲法在激光测距系统中得到了广泛应用。脉冲法是通过测量激光脉冲飞行时间实现对目标距离精确探测的方法。具体过程是激光器向目标发射激光脉冲，激光遇到目标后，部分能量反射回来形成激光回波脉冲，被激光探测器接收。通过计算激光回波脉冲到达时刻Tr与激光脉冲发射时刻Tt的时间差，再结合激光飞行速度C，得到激光器与探测目标之间的距离D:

确定激光脉冲到达时刻的方法同样有很多，包括阈值法、恒比定时法、上升沿法、形心法等。这些算法要保证较高的计算精确度和较快的下位机实现，通常要依靠系统的高采样频率和波形的标准形状。但是当激光光斑过大，光斑范围内高程信息复杂的情况下，激光脉冲回波形状不是一个独立的高斯脉冲，而是众多脉冲叠加后的复杂波形，使用传统的算法很难保证计算精度。这时需要采集完整的全波形信息，通过上位机强大的数据分析工具对波形信息进行分析，进而得出更加准确的脉冲时刻，这就需要将采集到的波形完整数据实时传输到上位机进行计算。而对于一般的全波形激光测距系统，用于采集波形数据的模数转换器采样率都较高，通常能达到1Gbps以上，量化位数一般也能达到8位。如果将采集到的所有数据全部通过串行总线上传至上位机，至少需要8Gbps的总线速率。而对于计算机，常用的接口很难满足这么快的接口速率，即使超高速的USB3.0最快也只有理论5Gbps的速率，很难实现所有波形数据的全部上传。

[参考文献]

[1]张伟，吴限；用于采集交通数据的激光扫描器技术研究[J]；红外；2015,36(11):30-35。

[2]刘诏，张爱武，段乙好等；全波形机载激光数据分解研究[J]；高技术通讯；2014,24(2):144-151。

[3]吕明爱，柳建，王江等；激光测距回波信号高速采样处理技术研究[J]；光电工程,2011,38(5):59-63。

发明内容

针对现有技术，本发明提供一种应用于激光测量系统的全波形数据实时上传处理方法，通过对有用波形的识别和提取，实现对波形数据的选择性实时上传。是一种以上位机计算为基础的全波形激光测量系统的数据实时上传方案。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种应用于激光测量系统的全波形数据实时上传处理方法，包括以下步骤：

步骤一、波形数据滑窗操作：

激光测距系统光电探测器输出的模拟信号经过模数转换器转换为高速的数字信号，对波形数据进行同步处理和缓存，将缓存后的数据进行波形数据滑窗操作，其中，根据实测波形特征确定窗宽t，窗宽t是波形脉冲宽度的3至4倍；每一次同步电信号到来时，开始对数据进行滑窗，窗宽先设置为发射波提取滑窗宽t1，每增加一个数据，窗口向右滑动一次，每次滑动均完成对窗内波形数据的识别；