[发明专利]双飞秒光学频率梳测距信号同步实时自适应解调装置方法

权利要求书

1.双飞秒光学频率梳测距信号同步实时自适应解调装置，其特征在于：包括信号调理电路模块(1)、A/D高速采集模块(2)、FPGA控制模块(3)、晶振时钟源模块(4)、测距结果上位机及显示模块(5)、DSP信号解调模块(6)、粗测距离值串口接收模块(7)及电源模块(8)；

所述信号调理电路模块(1)主要用于测距信号、扫描光重频信号、信号光重频信号及测频基准信号前级并行预处理；

所述A/D高速采集模块(2)主要用于将预处理后的模拟测距信号转换为离散数字信号；

所述FPGA控制模块(3)主要用于同步控制、采集控制、重频信号测量及串口通信控制；

所述晶振时钟源模块(4)用于为FPGA控制模块(3)及DSP信号解调模块(6)提供参考时钟；

所述DSP信号解调模块(6)主要通过多种阈值的提取，采用信号滤波截取重构、自适应峰值搜索及自适应高斯拟合实现距离解调；多种阈值包含信号重构幅度阈值、峰值搜索宽度阈值及高斯拟合宽度阈值；其中，信号重构幅度阈值以提取有效测距脉冲信号并减少峰值搜索的时间为目标，即大于该阈值的点参与峰值搜索，该阈值取值为二倍的信号平均值与信号最小值之差；峰值搜索宽度阈值表征峰值搜索灵敏度，为有效探测脉冲对中较低脉冲的峰值，峰值搜索宽度阈值需小于单个脉冲对的点数；高斯拟合宽度阈值表征脉冲峰值附近参与拟合的点数，取上升沿和下降沿宽度的最小值；

所述测距结果上位机及显示模块(5)用于将传输至上位机的测距结果实现可视化；

所述粗测距离值串口接收模块(7)用于接收粗测距离值；

所述电源模块(8)用于为整体装置模块和器件提供电源；

所述信号调理电路模块(1)包括四路独立信号调理电路，采用并行处理方式，由第一信号调理电路对测距信号进行低通滤波及噪声去除；由第二信号调理电路及第三信号调理电路分别对扫描光重频信号及信号光重频信号进行滤波、限幅、放大及整形；由第四信号调理电路对测频基准信号进行限幅及放大。

2.如权利要求1所述的双飞秒光学频率梳测距信号同步实时自适应解调装置，其特征在于：所述FPGA控制模块(3)包括A/D采集控制、同步闸门信号产生、同步读取信号产生、计数、锁存、重频计算及串口控制；将预处理后的模拟测距信号作为同步触发信号，同步触发A/D采集控制、同步闸门信号产生及同步读取信号产生；A/D采集控制主要通过采样率参数控制A/D高速采集模块(2)，对测距信号进行定量定速采集、存储、变换和传输；同步闸门信号高电平持续时间内，通过对预处理后的扫描光重频信号、信号光重频信号及测频基准信号并行计数、锁存及计算，获得扫描光重频信号及信号光重频信号的重频值；在同步读取信号的控制下，第二串口控制与粗测距离值串口接收模块(7)进行双向通信，读取粗测距离值；通过第一串口控制，将DSP信号解调模块(6)输出的距离值与测距结果上位机及显示模块(5)进行双向通信。

3.如权利要求1所述的双飞秒光学频率梳测距信号同步实时自适应解调装置，其特征在于：所述DSP信号解调模块(6)包括差频、信号滤波截取重构、自适应峰值搜索、自适应高斯拟合及距离计算；差频主要将扫描光重频值及信号光重频值做差，获得二者的重频差值；信号截取滤波重构主要通过重频差值截取双周期的离散化测距信号，获取信号重构幅度阈值、峰值搜索宽度阈值及高斯拟合宽度阈值；自适应峰值搜索主要实现峰值位置及幅值存储；自适应高斯拟合主要通过高斯拟合实现峰值位置更新；距离计算主要结合粗测距离值、信号光重频值及获得的峰值位置比值实现距离值的计算。

4.双飞秒光学频率梳测距信号同步实时自适应解调方法，基于权利要求1或2或3任一项所述的双飞秒光学频率梳测距信号同步实时自适应解调装置实现，其特征在于：针对现有双飞秒光学频率梳测距信号同步采集及高适应性解调需求，利用测距信号同步触发实现测距参数同步实时获取，通过多种阈值的提取实现不同特征测距信号的实时自适应解调；

所述同步实时采集即在高速采集测距信号的同时，将测距信号作为触发信号，同步获取两台飞秒光学频率梳重复频率值及粗测距离值，实现参数同步实时获取；

所述自适应解调即通过信号重构幅度阈值、峰值搜索宽度阈值及高斯拟合宽度阈值的提取，对测距信号进行信号滤波截取重构、自适应峰值搜索及自适应高斯拟合等处理，实现测距信号的实时自适应解调，从而获得距离值。