[发明专利]一种星载激光雷达数据采集与自动增益控制系统的设计

权利要求书

1.一种星载激光雷达数据采集与自动增益控制系统的设计，其特征在于，包括依次连接的PMT、信号调理电路、AD转换电路、ZYNQ-7020、以太网PHY、RJ45,还包括与ZYNQ-7020中DDR控制器连接的DDR3 SDRAM；所述信号调理电路包括依次连接的电流/电压转换电路、放大与偏置电路、抗混叠滤波电路；所述ZYNQ-7020包括通过AXI通信的PL模块和PS模块，PL模块包括AD控制单元、累加求和单元、FIFO缓存单元、DMA传输单元，PS模块包括ARM单元、时钟单元、SPI单元、吉比特以太网、DDR控制器、XADC，所述时钟单元与AD转换电路连接，SPI单元经过D/A转换单元与PMT连接，PMT与XADC连接；DDR控制器与DDR3 RAM单元连接。

2.根据权利要求1所述的一种星载激光雷达数据采集与自动增益控制系统的设计，其特征在于，AD转换器选用Analog Device公司的AD9226芯片。

3.根据权利要求1所述的一种星载激光雷达数据采集与自动增益控制系统的设计，其特征在于，FPGA是采集系统硬件的核心部分，AD9226读出模块从AD芯片读取12位转换数据，与上一次采集的5000个数据按序依次累加，并存入FIFO中进行缓存，FIFO存储模块采用Xilinx公司现有IP核实现，配置成5000位存储深度和16位宽度。待累加2000次后，数据被转换位AXI4-Stream数据流格式，在Register Slice寄存(改善时序)后通过DMA控制器传输至PS的AXI_HP0高性能总线接口，并存入与PS连接的DDR3 RAM中。

4.根据权利要求1所述的一种星载激光雷达数据采集与自动增益控制系统的设计，其特征在于，经过信号调理电路转化为适合AD转换的信号，ZYNQ的PL负责AD转换器的时序控制，采集并处理完成的数据通过内部高速总线传输到ARM进一步软件处理，然后由千兆以太网发送到星载计算机。

5.根据权利要求1所述的一种星载激光雷达数据采集与自动增益控制系统的设计，其特征在于，PMT探测器增益可通过外部电压进行控制，控制范围为0.5V-1.1V。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的一种星载激光雷达数据采集与自动增益控制系统的设计，其特征在于，高位数DA转换器选用Texas Instruments公司的低功耗12位分辨率DA转换器TLV5612。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的一种星载激光雷达数据采集与自动增益控制系统的设计，其特征在于，ARM启动后首先完成SPI、GPIO、FPGA实现的DMA和AD9226 IP核的初始化，配置DMA中断寄存器，初始化轻量化TCP/IP协议栈Lwip，采集板IP地址设为“192.168.1.8”，端口设为“8088”，传输层采用UDP；设置PMT初始控制电压为0.8V；在收到星载计算机开始采集指令后，采集程序在激光器1KHz的同步脉冲触发下工作；当PL将累加后的2000发激光的后向回波信号值对应累加后，通过DMA控制器转化为AXI4-Stream流格式存入DDR RAM，同时产生DMA中断；星载计算机作为UDP服务器，周期性发起数据传输请求，作为UDP客户端的采集卡在收到请求后，受限于以太网帧最大长度的约束，分多次将滤波后的数据上传至服务器，每一帧携带1024字节数据载荷。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的一种星载激光雷达数据采集与自动增益控制系统的设计，其特征在于，PMT增益控制支持远程和自动两种模式，远程模式下，由PS的串口通信模块负责与星载计算机通信，板卡将收到的设置值通过TLV5612转为电压，继而使探测器正常工作。