阅读说明：本技术 激光回波处理嵌入式模组、激光测距方法及系统 (Laser echo processing embedded module, laser ranging method and system ) 是由 张迪 于 2019-09-19 设计创作，主要内容包括：本发明提出了一种激光回波处理嵌入式模组、激光测距方法及系统,所述模组包括：电源模块,用于为所述模组提供设定电压；模数转换模块,用于采集激光测距系统中线性激光探测器输出的信号并传输至数据处理模块；电平转换模块,用于采集单光子探测器输出的信号并传输至数据处理模块；数据处理模块,用于选择对应的数据处理方式来对数据进行处理；数据存储模块,用于存储数据处理模块处理的数据。采用本发明的激光回波处理嵌入式模组能同时工作于线性激光测距系统和单光子激光测距系统中,有效规避线性激光测距模式或者单光子激光测距模式存在的弊端。(The invention provides a laser echo processing embedded module, a laser ranging method and a laser ranging system, wherein the module comprises: the power supply module is used for providing set voltage for the module; the analog-to-digital conversion module is used for acquiring signals output by a linear laser detector in the laser ranging system and transmitting the signals to the data processing module; the level conversion module is used for acquiring signals output by the single photon detector and transmitting the signals to the data processing module; the data processing module is used for selecting a corresponding data processing mode to process the data; and the data storage module is used for storing the data processed by the data processing module. The laser echo processing embedded module can work in a linear laser ranging system and a single-photon laser ranging system at the same time, and effectively avoids the defects of the linear laser ranging mode or the single-photon laser ranging mode.)

激光回波处理嵌入式模组、激光测距方法及系统

技术领域

本发明涉及电子设备技术领域，尤其涉及一种激光回波处理嵌入式模组、激光测距方法及系统。

背景技术

目前激光测距技术主要采用线性激光测距和单光子激光测距两种方案，线性激光测距原理简单，探测器工作于线性模式，灵敏度低，需要激光器的能量较大；单光子激光测距采用盖格模式雪崩探测器，具有单光子灵敏度，但容易受到暗计数和背景噪声的干扰，可采用低能量、高重频激光器，降低系统功耗与体积。

鉴于上述原因，有必要提出一种同时应用在两种测距方式中的模组。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种激光回波处理嵌入式模组、嵌入有激光回波处理模组的激光测距方法及系统，旨在提供一种能同时工作于线性激光测距系统和单光子激光测距系统中的模组。

为实现上述目的，本发明提供的一种激光回波处理嵌入式模组，所述模组被嵌入式的配置在具有线性激光测距和单光子测距两种测距模式的激光测距系统中；

所述模组包括：

电源模块，用于为所述模组提供设定电压；

模数转换模块，用于采集激光测距系统中线性激光探测器输出的信号并传输至数据处理模块；

电平转换模块，用于采集单光子探测器输出的信号并传输至数据处理模块；

数据处理模块，用于接收线性激光测距数据或者单光子激光测距数据，根据线性激光测距或者单光子激光测距这两种模式选择对应的数据处理方式来对数据进行处理；

数据存储模块，用于存储数据处理模块处理的数据。

优选地，所述电平转换模块采用DSLVDS1002 400Mbps单通道LVDS接收器，用于将单光子探测器输出的数字信号转换为LVTTL信号并传输至数据处理模块。

优选地，所述数据处理模块由FPGA和DSP构成，所述FPCA用于对接收的测距数据进行检测和处理，并传输至DSP；所述DSP在FPGA对数据处理的基础上对结果进行修正。

优选地，所述模组还包括串口通信模块，用于实现数据传输以及通信接口的扩展。

优选地，所述串口通信模块采用RS422串口通信协议。

优选地，所述电源模块选用宽压输入隔离模块，为所述模组提供±12V、5V、3.3V电压输入。

为实现上述目的，本发明还提出一种嵌入有激光回波处理模组的激光测距方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S10，接收测距指令，控制激光器发射激光；

步骤S20，接收激光器主波发送脉冲并将此作为起始时间，采集激光回波数据，根据线性激光测距原理和单光子激光测距原理的不同采用不同的方法计算测距结果；

步骤S30，将测距数据存储于数据存储模块中。

优选地，所述步骤S20包括：

在线性激光测距中，采集线性激光探测器数据，并检测接收脉冲峰值，记录该位置时间信息，进而计算目标距离。

优选地，所述步骤S20包括：

在单光子激光测距中，根据每次的激光发射主波脉冲信号计算门控时间，将门控时间内各个位置的单光子时间记录，将n次测得的数据累加后得到测距分布直方图，计算出峰值位置即的目标距离。

为实现上述目的，本发明还提出嵌入有激光回波处理模组的激光测距系统，所述激光测距系统包括：如上所述的激光回波处理嵌入式模组；所述激光测距系统还包括：

激光器，与所述激光回波处理嵌入式模组通信连接，用于根据所述驱动电信号向目标物体发射初始激光；

单光子探测器，与所述激光回波处理嵌入式模组通信连接，用于在启动单光子测距模式时，探测激光器发射的信号并将数据传输至电平转换模块；

线性激光探测器，与所述激光回波处理嵌入式模组通信连接，用于在启动线性激光测距模式时，探测激光器发射的信号并将数据传输至模数转换模块。

本发明激光回波处理嵌入式模组被嵌入式的配置在具有线性激光测距和单光子测距两种测距模式的激光测距系统中；所述模组包括：电源模块，用于为所述模组提供设定电压；模数转换模块，用于采集激光测距系统中线性激光探测器输出的信号并传输至数据处理模块；电平转换模块，用于采集单光子探测器输出的信号并传输至数据处理模块；数据处理模块，用于接收线性激光测距数据或者单光子激光测距数据，根据线性激光测距或者单光子激光测距这两种模式选择对应的数据处理方式来对数据进行处理；数据存储模块，用于存储数据处理模块处理的数据。采用本发明的激光回波处理嵌入式模组能同时工作于线性激光测距系统和单光子激光测距系统中，有效规避线性激光测距模式或者单光子激光测距模式存在的弊端。

附图说明

附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1为本发明激光回波处理嵌入式模组和嵌入有激光回波处理模组的激光测距系统的示意图；

图2为本发明嵌入有激光回波处理模组的激光测距方法的流程示意图；

图3是本发明提供的系统工作流程示意图；

图4为本发明线性激光测距的工作原理示意图；

图5为本发明单光子激光测距的工作原理示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明实施例解决的技术问题、所采用的技术方案以及实现的技术效果进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，并不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下，所获得的所有其它等同或明显变型的实施例均落在本发明的保护范围内。本发明实施例可以按照权利要求中限定和涵盖的多种不同方式来具体化。

需要说明的是，在下面的描述中，为了方便理解，给出了许多具体细节。但是很明显，本发明的实现可以没有这些具体细节。

需要说明的是，在没有明确限定或不冲突的情况下，本发明中的各个实施例及其中的技术特征可以相互组合而形成技术方案。

本发明的主要目的在于提供一种激光回波处理嵌入式模组，旨在提供一种能同时工作于线性激光测距系统和单光子激光测距系统中的模组。

参照图1，本发明的激光回波处理嵌入式模组被嵌入式的配置在具有线性激光测距和单光子测距两种测距模式的激光测距系统中；

所述模组包括：

电源模块，用于为所述模组提供设定电压；

模数转换模块，用于采集激光测距系统中线性激光探测器输出的信号并传输至数据处理模块；

电平转换模块，用于采集单光子探测器输出的信号并传输至数据处理模块；

数据处理模块，用于接收线性激光测距数据或者单光子激光测距数据，根据线性激光测距或者单光子激光测距这两种模式选择对应的数据处理方式来对数据进行处理；

数据存储模块，用于存储数据处理模块处理的数据。

采用本发明的激光回波处理嵌入式模组能同时工作于线性激光测距系统和单光子激光测距系统中，有效规避线性激光测距模式或者单光子激光测距模式存在的弊端。

需要说明的是，该模组中的各个模块根据数据传输的需要进行通信连接。

在一优选实施例中，所述电平转换模块采用DSLVDS1002 400Mbps单通道LVDS接收器，用于将单光子探测器输出的数字信号转换为LVTTL信号并传输至数据处理模块。

进一步地，所述数据处理模块由FPGA和DSP构成，所述FPCA用于对接收的测距数据进行检测和处理，并传输至DSP；所述DSP在FPGA对数据处理的基础上对结果进行修正。具体地，数据处理模块采用XC7K325T FPGA+TMS320C6455 DSP架构。

优选地，所述模组还包括串口通信模块，用于实现数据传输以及通信接口的扩展。所述串口通信模块采用RS422串口通信协议，差分双绞增加信号传输的抗干扰能力。

所述电源模块采用THN30-2411WI和JCA0324D02为平台提供±12V，5VD电压，LTM4644作为二级电压转换模块为平台提供3.3V，1.8V，1.5V，1V电压；

其中，模数转换模块采用AD7656多通道模数转换器，采集激光器和探测的温度和工作电压，实时监测系统工作状态，采集线性APD输出的测距数据，并传输给数据处理模块；

数据存储模块采用闪迪公司的CF卡，内存128G，具有体积小重量轻、容量大、传输速度快和功耗低等特点；串口通信采用MAX3490芯片，具有全双工工作模式，RS422通信协议可以满足长距离传输；

电平转换模块采用DSLVDS1002 400Mbps单通道LVDS接收器，将单光子探测模块输出的数字信号转换为LVTTL信号接收至FPGA。

此外，本发明还提出一种嵌入有激光回波处理模组的激光测距系统，参照图1，所述激光测距系统包括：如上所述的激光回波处理嵌入式模组；所述测距系统还包括：

激光器，与所述激光回波处理嵌入式模组通信连接，用于根据所述驱动电信号向目标物体发射初始激光；

单光子探测器，与所述激光回波处理嵌入式模组通信连接，用于在启动单光子测距模式时，探测激光器发射的信号并将数据传输至电平转换模块；

线性激光探测器，与所述激光回波处理嵌入式模组通信连接，用于在启动线性激光测距模式时，探测激光器发射的信号并将数据传输至模数转换模块。

基于上述的激光测距系统，参照图2和图3，本发明还提出一种嵌入有激光回波处理模组的激光测距方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S10，接收测距指令，控制激光器发射激光；

步骤S20，接收激光器主波发送脉冲并将此作为起始时间，采集激光回波数据，根据线性激光测距原理和单光子激光测距原理的不同采用不同的方法计算测距结果；

步骤S30，将测距数据存储于数据存储模块中。

其中，所述步骤S20包括：

在线性激光测距中，采集线性激光探测器数据，并检测接收脉冲峰值，记录该位置时间信息，进而计算目标距离。

或者，所述步骤S20包括：

在单光子激光测距中，根据每次的激光发射主波脉冲信号计算门控时间，将门控时间内各个位置的单光子时间记录，将n次测得的数据累加后得到测距分布直方图，计算出峰值位置即目标距离。

具体地，激光测距系统上电后，系统先进行初始化，激光器和线性激光探测器以及单光子探测器的温控系统进行工作，检测激光器和线性激光探测器和单光子探测器内部核心部件的温度参数。并且将检测到的参数传输给激光回波处理嵌入式模组，激光回波处理嵌入式模组读取到激光器和线性激光探测器和单光子探测器内部核心部件的温度参数后，判断是否达到工作温度范围，如果达到工作温度范围，则系统自检成功，并上传本次自检状态，进入工作模式。如果在设定时间内没有达到工作范围，则系统自检失败，上传自检状态，退出本次自检。

在系统进入工作状态后，等待上位机发送参数设置指令，如果没有参数设置指令，则激光回波处理嵌入式模组按照默认参数工作。

待上位机发送测距指令后，接收上位机发送的测距指令，系统开始测距，控制激光器发射激光。接收激光器主波发送脉冲，作为起始时间，采集激光回波数据，计算测距结果上传至上位机。

在线性激光测距系统中，测距原理如图4所示，激光器发射一个脉冲信号后并同时向激光回波处理嵌入式模组发送激光发射主波脉冲信号，激光回波处理嵌入式模组开始采集探测器数据，并检测接收脉冲峰值，记录该位置时间信息，从而计算目标距离；

在单光子激光测距系统中，测距原理如图5所示，激光器连续多次发射激光脉冲，激光回波处理嵌入式模组根据每次的激光发射主波脉冲信号计算门控时间，将门控时间内各个位置的单光子事件记录，将n次测得的数据累加后得到测距分布直方图，计算出峰值位置作为目标距离；其中n的数据可以根据计算量或者计算的精确度等的要求来选择。

最后，将测距数据存储于数据存储模块，接收上位机的指令停止测距；或者监测激光器和探测器工作温度，若温度超过正常工作温度范围，停止测距，上传工作状态至上位机；

本发明的各个步骤可以用通用的计算装置来实现，例如，它们可以集中在单个的计算装置上，例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备或者多处理器装置，也可以分布在多个计算装置所组成的网络上，它们可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。因此，本发明不限于任何特定的硬件和软件或者其结合。

本发明提供的方法可以使用可编程逻辑器件来实现，也可以实施为计算机程序软件或程序模块(其包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件或数据结构等等)，例如根据本发明的实施例可以是一种计算机程序产品，运行该计算机程序产品使计算机执行用于所示范的方法。所述计算机程序产品包括计算机可读存储介质，该介质上包含计算机程序逻辑或代码部分，用于实现所述方法。所述计算机可读存储介质可以是被安装在计算机中的内置介质或者可以从计算机主体上拆卸下来的可移动介质(例如：采用热插拔技术的存储设备)。所述内置介质包括但不限于可重写的非易失性存储器，例如：RAM、ROM、快闪存储器和硬盘。所述可移动介质包括但不限于：光存储介质(例如：CD－ROM和DVD)、磁光存储介质(例如：MO)、磁存储介质(例如：磁带或移动硬盘)、具有内置的可重写非易失性存储器的媒体(例如：存储卡)和具有内置ROM的媒体(例如：ROM盒)。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。