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一種脈沖式n×n陣列激光雷達(dá)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種脈沖式N×N陣列激光雷達(dá)系統(tǒng)。包括主控制器、姿態(tài)測(cè)量模塊、GPS接收機(jī)、外部存儲(chǔ)器、顯示器、脈沖激光器、準(zhǔn)直透鏡、分光片、光纖分束器、發(fā)射透鏡陣列、全反射鏡、PIN高速光電探測(cè)模塊、接收透鏡、光纖耦合陣列、雪崩光電二極管即APD陣列探測(cè)器、跨阻放大模塊、增益可調(diào)放大模塊、高速比較模塊、高精度時(shí)間間隔測(cè)量模塊、寬帶放大模塊、模擬數(shù)字即AD轉(zhuǎn)換模塊、微控制器陣列A和微控制器陣列B。本發(fā)明脈沖激光點(diǎn)陣照明目標(biāo)，發(fā)射功率利用充分；瞬間同步獲取距離、強(qiáng)度信息；多個(gè)APD面陣芯片構(gòu)成APD陣列探測(cè)器提高了分辨率；無(wú)掃描裝置顯著降低光學(xué)設(shè)計(jì)復(fù)雜度；使用光纖耦合陣列有效減少視場(chǎng)外環(huán)境光、雜散光進(jìn)入APD陣列探測(cè)器。
【專利說(shuō)明】一種脈沖式NXN陣列激光雷達(dá)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及主動(dòng)光學(xué)航空遙感載荷領(lǐng)域的激光雷達(dá)技術(shù)，特別是一種脈沖式NXN陣列激光雷達(dá)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]激光雷達(dá)測(cè)量是一種已迅速發(fā)展成為熱點(diǎn)的主動(dòng)光學(xué)遙感技術(shù)，為獲取空間三維數(shù)據(jù)提供了重要手段，單點(diǎn)掃描激光雷達(dá)已發(fā)展成為商業(yè)化的產(chǎn)品，其主要缺點(diǎn)在于:對(duì)激光器重復(fù)頻率要求高，需要掃描裝置，光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，功耗大，成像速度低。
[0003]90年代后發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始研發(fā)面陣激光雷達(dá)，探測(cè)器主要采用ICXD (增強(qiáng)型電荷耦合器件)和APD (雪崩光電二極管)兩種類型。國(guó)內(nèi)由于光電探測(cè)材料和工藝水平等支撐基礎(chǔ)比較薄弱，因此在面陣激光雷達(dá)【技術(shù)領(lǐng)域】的研究還處于起步階段，進(jìn)展緩慢。
[0004]ICCD面陣探測(cè)器是基于獲取高分辨率二維圖像目的而研制的，申請(qǐng)?zhí)枮?00910071450.9的發(fā)明和《光電工程》期刊2013年2月第40卷第2期“基于面陣探測(cè)器的凝視成像激光雷達(dá)”，都公開(kāi)了 ICCD面陣探測(cè)器進(jìn)行無(wú)掃描三維成像的研究，其缺點(diǎn)在于:必須采用復(fù)雜的調(diào)制解調(diào)方式通過(guò)多幅強(qiáng)度圖像融合才能間接得到一幅距離圖像，精度不高，運(yùn)算量大，無(wú)法瞬間獲取目標(biāo)距離信息，且只限于至多幾百米的近距離探測(cè)，還要求很大的激光發(fā)射功率。
[0005]基于APD探測(cè)器的面陣激光雷達(dá)研究方面，一種方式是采用分立的單點(diǎn)APD組合成面陣進(jìn)行探測(cè)，另一種方式則采用APD面陣芯片進(jìn)行探測(cè)。長(zhǎng)春理工大學(xué)博士論文“激光雷達(dá)模擬樣機(jī)系統(tǒng)與實(shí)驗(yàn)研究”中設(shè)計(jì)了 2X2 APD陣列接收模塊，由4個(gè)透鏡分別接收激光回波信號(hào)，然后分別耦合進(jìn)4根光纖，光纖輸出分別進(jìn)入4個(gè)獨(dú)立的APD單元，然后進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、測(cè)距等處理。這種結(jié)構(gòu)由1個(gè)接收透鏡，1根光纖和1個(gè)APD構(gòu)成2X2 APD陣列接收系統(tǒng)的一個(gè)接收單元，當(dāng)要求陣列像素較多時(shí)，必然造成體積龐大，加工、調(diào)試?yán)щy，一致性差等諸多問(wèn)題。申請(qǐng)?zhí)枮?01310323433.6的發(fā)明公開(kāi)了一種低空輕小型面陣激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)，采用了 一片APD面陣芯片，探測(cè)器的分辨率不高，而且沒(méi)有獲取強(qiáng)度信息，但該系統(tǒng)主要適用于載荷空間、重量受限的低空輕小型遙感平臺(tái)工作。浙江大學(xué)博士論文“基于達(dá)曼光柵的點(diǎn)陣照明成像激光雷達(dá)系統(tǒng)的研究”為了降低激光發(fā)射功率采用達(dá)曼光柵實(shí)現(xiàn)對(duì)激光分束后對(duì)目標(biāo)實(shí)施點(diǎn)陣照明，其缺點(diǎn)在于達(dá)曼光柵價(jià)格昂貴。
[0006]總之，現(xiàn)有技術(shù)的缺陷主要體現(xiàn)在:ICCD系統(tǒng)需要很大的激光發(fā)射功率對(duì)目標(biāo)實(shí)施泛光照明，探測(cè)距離小，不能瞬間獲取距離信息，處理電路和算法復(fù)雜，體積、重量較大，不適合高速、高精度機(jī)載三維成像應(yīng)用場(chǎng)合。點(diǎn)掃描APD探測(cè)器對(duì)激光器重復(fù)頻率要求高，需要掃描裝置，光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度大。采用單點(diǎn)APD組合的APD面陣均采用分立元件，若用其構(gòu)成更高分辨率的APD陣列，必然出現(xiàn)體積龐大，加工、調(diào)試?yán)щy，一致性差等諸多問(wèn)題。采用一片APD面陣芯片的測(cè)量系統(tǒng)，分辨率偏低，不適合分辨率要求較高的應(yīng)用場(chǎng)合。采用達(dá)曼光柵對(duì)發(fā)射激光均勻分束，雖然可以減小激光發(fā)射功率，但達(dá)曼光柵價(jià)格昂貴。此外，上述激光雷達(dá)系統(tǒng)都沒(méi)有同步采集激光散射回波強(qiáng)度信息和距離信息。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是為了解決上述激光雷達(dá)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，提供一種采用脈沖激光點(diǎn)陣照明目標(biāo)，多個(gè)Aro面陣芯片構(gòu)成Aro陣列探測(cè)器接收激光回波，具有激光發(fā)射功率利用充分，瞬間同步獲取距離和強(qiáng)度信息，光學(xué)系統(tǒng)復(fù)雜度低，分辨率高等特點(diǎn)的脈沖式NXN陣列激光雷達(dá)系統(tǒng)。
[0008]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種脈沖式NXN陣列激光雷達(dá)系統(tǒng)包括控制子系統(tǒng)、發(fā)射子系統(tǒng)、接收子系統(tǒng)和測(cè)距與強(qiáng)度獲取子系統(tǒng)?？刂谱酉到y(tǒng)包括:主控制器、姿態(tài)測(cè)量模塊、GPS (全球定位系統(tǒng))接收機(jī)、外部存儲(chǔ)器和顯示器。發(fā)射子系統(tǒng)包括:脈沖激光器、準(zhǔn)直透鏡、分光片、光纖分束器、發(fā)射透鏡陣列、全反射鏡和PIN (P-1-N結(jié)構(gòu)二極管)高速光電探測(cè)模塊。接收子系統(tǒng)包括:接收透鏡、光纖耦合陣列和Aro陣列探測(cè)器。測(cè)距與強(qiáng)度獲取子系統(tǒng)包括:跨阻放大模塊、增益可調(diào)放大模塊、寬帶放大模塊、高速比較模塊、AD (模擬數(shù)字)轉(zhuǎn)換模塊、高精度時(shí)間間隔測(cè)量模塊、微控制器陣列A和微控制器陣列B。
[0009]主控制器分別與姿態(tài)測(cè)量模塊、GPS接收機(jī)、顯示器、外部存儲(chǔ)器、脈沖激光器、PIN高速光電探測(cè)模塊、微控制器陣列A和微控制器陣列B相連。脈沖激光器發(fā)出的激光先經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡然后通過(guò)分光片分為反射和透射兩路激光，占小部分的反射激光通過(guò)全反鏡進(jìn)入PIN高速光電探測(cè)模塊，占大部分的透射激光經(jīng)光纖分束器進(jìn)入發(fā)射透鏡陣列照射目標(biāo)，PIN高速光電探測(cè)模塊輸出的信號(hào)分成三路分別輸入主控制器、高精度時(shí)間間隔測(cè)量模塊和AD轉(zhuǎn)換模塊；目標(biāo)反射回來(lái)的激光經(jīng)接收透鏡聚焦進(jìn)入光纖耦合陣列，光纖耦合陣列分組輸出多束激光信號(hào)耦合到APD陣列探測(cè)器的各個(gè)光敏面單元上；APD陣列探測(cè)器輸出的信號(hào)進(jìn)入跨阻放大模塊，跨阻放大模塊輸出的信號(hào)同時(shí)進(jìn)入增益可調(diào)放大模塊和寬帶放大模塊；增益可調(diào)放大模塊輸出的信號(hào)進(jìn)入高速比較模塊，高速比較模塊輸出的信號(hào)進(jìn)入高精度時(shí)間間隔測(cè)量模塊，高精度時(shí)間間隔測(cè)量模塊由微控制器陣列B控制，寬帶放大模塊輸出到AD轉(zhuǎn)換模塊，AD轉(zhuǎn)換模塊由微控制器陣列A實(shí)現(xiàn)控制。
[0010]主控制器是本激光雷達(dá)系統(tǒng)的控制核心。其主要工作有:讀取GPS接收機(jī)測(cè)得的位置信息；控制姿態(tài)測(cè)量模塊工作并讀取其測(cè)出的姿態(tài)信息；觸發(fā)脈沖激光器定時(shí)發(fā)射脈沖激光；以中斷方式接收微控制器陣列A和微控制器陣列B發(fā)送的強(qiáng)度、距離測(cè)量數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)到外部存儲(chǔ)器中或通過(guò)顯示器進(jìn)行顯示。
[0011]脈沖激光器，用于發(fā)射脈沖激光，發(fā)射的脈沖激光進(jìn)入準(zhǔn)直透鏡。
[0012]準(zhǔn)直透鏡，用于將脈沖激光器發(fā)出的脈沖激光進(jìn)行準(zhǔn)直。
[0013]分光片，用于將準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后的激光分為比例懸殊的透射和反射兩部分，占大部分的透射激光進(jìn)入光纖分束器，占小部分的反射激光進(jìn)入全反射鏡。
[0014]光纖分束器，用于將分光片透射的脈沖激光均勻分為NXN束激光，再輸出到發(fā)射透鏡陣列。
[0015]發(fā)射透鏡陣列，用于將所述光纖分束器分出的NXN束激光準(zhǔn)直后發(fā)射對(duì)目標(biāo)實(shí)施NXN點(diǎn)陣照明。
[0016]全反射鏡，分光片分出的反射激光投射到全反射鏡，全反射鏡將投射的激光進(jìn)行全反射使其進(jìn)入PIN高速光電探測(cè)模塊。
[0017]PIN高速光電探測(cè)模塊，接收到全反射鏡反射的激光后進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并處理后輸出數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)同時(shí)進(jìn)入高精度時(shí)間間隔測(cè)量模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊和主控制器，成為啟動(dòng)測(cè)距與強(qiáng)度獲取子系統(tǒng)工作的開(kāi)始信號(hào)并表明激光發(fā)射時(shí)刻；
接收透鏡，接收被發(fā)射透鏡陣列發(fā)射的NXN束激光點(diǎn)陣照明的目標(biāo)所散射的多束激光回波，并將接收到的多束激光回波分別聚焦進(jìn)入光纖耦合陣列。
[0018]光纖耦合陣列，將接收透鏡聚焦輸入的多束(最多NXN束)激光回波由多組光纖束輸出到APD陣列探測(cè)器，每組光纖束包含KXK束光纖。
[0019]Aro陣列探測(cè)器，由多個(gè)KXK APD面陣芯片構(gòu)成。每組KXK束光纖輸出端分別耦合到一個(gè)APD面陣芯片的KXK個(gè)APD光敏面單元上，從而使光纖耦合陣列的NXN束光纖輸出端一一對(duì)應(yīng)地耦合到APD陣列探測(cè)器的NXN個(gè)光敏面單元上。APD陣列探測(cè)器把光纖耦合陣列輸入的多束(最多NXN束)激光回波信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后并行輸出最多達(dá)NXN路微弱電流信號(hào)到跨阻放大模塊。
[0020]跨阻放大模塊，用于將APD陣列探測(cè)器輸出的NXN路微弱電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為NXN路電壓信號(hào)，然后同時(shí)送入增益可調(diào)放大模塊和寬帶放大模塊。
[0021]寬帶放大模塊，用于將跨阻放大模塊轉(zhuǎn)換輸出的NXN路電壓信號(hào)進(jìn)行多路并行放大，輸出放大后的NXN路電壓信號(hào)進(jìn)入AD轉(zhuǎn)換模塊。
[0022]AD轉(zhuǎn)換模塊，用于將所述的寬帶放大模塊放大后的NXN路電壓信號(hào)同時(shí)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，輸出代表NXN個(gè)目標(biāo)測(cè)量點(diǎn)強(qiáng)度信息的NXN路數(shù)字信號(hào)，這些轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號(hào)由微控制器陣列A讀取，AD轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)信號(hào)來(lái)自所述的PIN高速光電探測(cè)模塊。
[0023]微控制器陣列A，用于控制所述的AD轉(zhuǎn)換模塊執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換得到的代表強(qiáng)度信息的數(shù)字信號(hào)暫存到其內(nèi)存中，然后上傳到主控制器。
[0024]增益可調(diào)放大模塊，用于將跨阻放大模塊輸出的NXN路電壓信號(hào)進(jìn)行可調(diào)增益的并行放大，并將放大后的NXN路電壓信號(hào)輸入高速比較模塊。
[0025]高速比較模塊，將增益可調(diào)放大模塊輸出的NXN路電壓信號(hào)與參考電平比較，輸出NXN個(gè)數(shù)字信號(hào)作為NXN路停止信號(hào)輸入到高精度時(shí)間間隔測(cè)量模塊。
[0026]高精度時(shí)間間隔測(cè)量模塊，用于測(cè)量從收到PIN高速光電探測(cè)模塊輸出的開(kāi)始信號(hào)至收到高速比較模塊輸出的NXN路停止信號(hào)的時(shí)間間隔，測(cè)量后最多并行輸出NXN個(gè)時(shí)間間隔測(cè)量數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)由微控制器陣列B讀取。
[0027]微控制器陣列B，用于配置、控制高精度時(shí)間間隔測(cè)量模塊執(zhí)行測(cè)量，并讀取代表NXN個(gè)目標(biāo)測(cè)量點(diǎn)距離信息的NXN個(gè)時(shí)間間隔測(cè)量值，再將測(cè)量值暫存到內(nèi)存中，然后上傳到主控制器。
[0028]GPS接收機(jī)，通過(guò)異步串行口與主控制器相連，用于提供PPS (秒脈沖)信號(hào)作為本激光雷達(dá)系統(tǒng)的啟動(dòng)信號(hào)以及獲取本激光雷達(dá)系統(tǒng)的經(jīng)緯度、高程和UTC (協(xié)調(diào)世界時(shí))時(shí)間信息。
[0029]姿態(tài)測(cè)量模塊，通過(guò)異步串行口與主控制器相連，用于獲取本激光雷達(dá)系統(tǒng)的航向角、俯仰角和側(cè)滾角信息；
外部存儲(chǔ)器，通過(guò)SPI (串行外設(shè)接口)與主控制器相連，用于存儲(chǔ)主控制器接收到的來(lái)自微控制器陣列A和微控制器陣列B的強(qiáng)度測(cè)量數(shù)據(jù)和距離測(cè)量數(shù)據(jù)，以及GPS接收機(jī)和姿態(tài)測(cè)量模塊獲取的信息和時(shí)間同步信息。
[0030]顯示器，通過(guò)16位并行總線與主控制器相連，對(duì)探測(cè)到的目標(biāo)進(jìn)行含灰度或偽彩色信息的三維可視化，并顯示相關(guān)的控制、狀態(tài)信息。
[0031]所述NXN，其中N ^ 10，所述KXK，其中K ^ 5，并且K〈N。
[0032]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
1)發(fā)射的脈沖激光經(jīng)光纖分束器均勻分為NXN束后經(jīng)發(fā)射透鏡陣列對(duì)目標(biāo)實(shí)施點(diǎn)陣照明，可實(shí)現(xiàn)把泛光照明的整體能量集中到有限的NXN點(diǎn)陣上，使發(fā)射激光能量能夠更加集中、有效地利用，相比同等發(fā)射功率下的泛光照明其探測(cè)距離提高20%。
[0033]2)采用多個(gè)KXK APD面陣芯片構(gòu)成NXN AH)陣列探測(cè)器，提高了探測(cè)分辨率，對(duì)激光器重復(fù)頻率要求低，無(wú)需掃描裝置，降低了光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜度，簡(jiǎn)化了電路處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了整機(jī)工作的可靠性和穩(wěn)定性。[0034]3)被脈沖激光點(diǎn)陣照明的目標(biāo)所產(chǎn)生的激光散射回波信號(hào)由接收透鏡聚焦后，再經(jīng)光纖耦合陣列輸入到Aro陣列探測(cè)器的NXN個(gè)Aro光敏面單元上，有效減少了視場(chǎng)外環(huán)境光、雜散光進(jìn)入APD陣列探測(cè)器。
[0035]4)實(shí)現(xiàn)了單脈沖激光發(fā)射瞬間同步獲取NXN通道的距離信息和強(qiáng)度信息。
[0036]5)采用增益可調(diào)放大模塊解決了因探測(cè)距離不同引起的激光回波脈沖時(shí)間游走問(wèn)題，采用多通道高精度計(jì)時(shí)技術(shù)對(duì)NXN通道時(shí)間間隔并行精確測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了距離測(cè)量誤差< 0.lm。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0037]圖1為本發(fā)明的一種脈沖式NXN陣列激光雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038]圖中標(biāo)記:1-控制子系統(tǒng)；101-主控制器；102-姿態(tài)測(cè)量模塊；103_GPS接收機(jī)；104-外部存儲(chǔ)器；105_顯示器；
2-發(fā)射子系統(tǒng)；201_脈沖激光器；202_準(zhǔn)直透鏡；203_分光片；204_光纖分束器；205-發(fā)射透鏡陣列；206_全反射鏡；207-PIN高速光電探測(cè)模塊；
3-接收子系統(tǒng)；301-接收透鏡；302_光纖耦合陣列；303-APD陣列探測(cè)器；
4-測(cè)距與強(qiáng)度獲取子系統(tǒng)；401_跨阻放大模塊；402_增益可調(diào)放大模塊；403_寬帶放大模塊；404_高速比較模塊；405-AD轉(zhuǎn)換模塊；406_高精度時(shí)間間隔測(cè)量模塊；407_微控制器陣列A ；408-微控制器陣列B。
[0039]圖2為本發(fā)明控制子系統(tǒng)工作流程圖。
[0040]圖3為本發(fā)明發(fā)射子系統(tǒng)工作流程圖。
[0041]圖4為本發(fā)明接收子系統(tǒng)工作流程圖。
[0042]圖5為本發(fā)明測(cè)距與強(qiáng)度獲取子系統(tǒng)工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043]實(shí)施例:
如圖1所示，本實(shí)施例的一種脈沖式NXN陣列激光雷達(dá)系統(tǒng)由控制子系統(tǒng)1、發(fā)射子系統(tǒng)2、接收子系統(tǒng)3和測(cè)距與強(qiáng)度獲取子系統(tǒng)4構(gòu)成?？刂谱酉到y(tǒng)1包括:主控制器101、姿態(tài)測(cè)量模塊102、GPS接收機(jī)103、外部存儲(chǔ)器104和顯示器105。發(fā)射子系統(tǒng)2包括:脈沖激光器201、準(zhǔn)直透鏡202、分光片203、光纖分束器204、發(fā)射透鏡陣列205、全反射鏡206和PIN高速光電探測(cè)模塊207。接收子系統(tǒng)3包括:接收透鏡301、光纖耦合陣列302和APD陣列探測(cè)器303。測(cè)距與強(qiáng)度獲取子系統(tǒng)4包括:跨阻放大模塊401、增益可調(diào)放大模塊402、寬帶放大模塊403、高速比較模塊404、AD轉(zhuǎn)換模塊405、高精度時(shí)間間隔測(cè)量模塊406、微控制器陣列A407和微控制器陣列B408。
[0044]主控制器101分別與姿態(tài)測(cè)量模塊102、GPS接收機(jī)103、外部存儲(chǔ)器104、顯示器105、脈沖激光器201、PIN高速光電探測(cè)模塊207、微控制器陣列A407和微控制器陣列B408相連。脈沖激光器201發(fā)出的激光先經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡202，然后通過(guò)分光片203分為反射和透射兩路激光，反射的小部分激光通過(guò)全反鏡206進(jìn)入PIN高速光電探測(cè)模塊207，透射的大部分激光經(jīng)光纖分束器204進(jìn)入發(fā)射透鏡陣列205照射目標(biāo)，PIN高速光電探測(cè)模塊207輸出的信號(hào)分成三路分別輸入主控制器101、高精度時(shí)間間隔測(cè)量模塊406和AD轉(zhuǎn)換模塊405 ；目標(biāo)反射回來(lái)的激光經(jīng)接收透鏡301聚焦進(jìn)入光纖耦合陣列302，光纖耦合陣列302分組輸出多束激光信號(hào)耦合到APD陣列探測(cè)器303的各個(gè)光敏面單元上；APD陣列探測(cè)器303輸出的信號(hào)進(jìn)入跨阻放大模塊401，跨阻放大模塊401輸出的信號(hào)同時(shí)進(jìn)入增益可調(diào)放大模塊402和寬帶放大模塊403 ;增益可調(diào)放大模塊402輸出的信號(hào)進(jìn)入高速比較模塊404，高速比較模塊404輸出的信號(hào)進(jìn)入高精度時(shí)間間隔測(cè)量模塊406，高精度時(shí)間間隔測(cè)量模塊406由微控制器陣列B408控制，寬帶放大模塊403輸出到AD轉(zhuǎn)換模塊405，AD轉(zhuǎn)換模塊405由微控制器陣列A407實(shí)現(xiàn)控制。
[0045]控制子系統(tǒng)1中GPS接收機(jī)103用于提供PPS (秒脈沖)信號(hào)作為本實(shí)施例系統(tǒng)的啟動(dòng)信號(hào)以及獲取本激光雷達(dá)系統(tǒng)的經(jīng)緯度、高程和UTC (協(xié)調(diào)世界時(shí))時(shí)間信息；姿態(tài)測(cè)量模塊102用于獲取本激光雷達(dá)系統(tǒng)的航向角、俯仰角和側(cè)滾角信息。主控制器101是本實(shí)施例系統(tǒng)的控制核心。
[0046]圖2為控制子系統(tǒng)1工作流程圖。該流程圖開(kāi)始于步驟S201。
[0047]在步驟S202，GPS接收機(jī)103的PPS信號(hào)觸發(fā)主控制器101內(nèi)置32位計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)以啟動(dòng)本激光雷達(dá)系統(tǒng)工作。
[0048]在步驟S203，主控制器101讀取GPS接收機(jī)103的位置信息。
[0049]在步驟S204，主控制器101控制姿態(tài)測(cè)量模塊102工作并讀取其姿態(tài)信息。
[0050]在步驟S205，主控制器101觸發(fā)發(fā)射子系統(tǒng)2中激光器201發(fā)射脈沖激光照明目標(biāo)。
[0051]在步驟S206，主控制器101以中斷方式接收測(cè)距與強(qiáng)度獲取子系統(tǒng)4采集、測(cè)量并轉(zhuǎn)換得到的強(qiáng)度信息和距離信息。
[0052]在步驟S207，主控制器101將位置信息、姿態(tài)信息、強(qiáng)度信息、距離信息和時(shí)間同步標(biāo)簽信息保存到外部存儲(chǔ)器104中，所述的時(shí)間同步標(biāo)簽信息把三個(gè)時(shí)刻統(tǒng)一到GPS接收機(jī)103提供的UTC時(shí)間上，從而實(shí)現(xiàn)同步。所述的三個(gè)時(shí)刻是:GPS接收機(jī)103測(cè)出位置的時(shí)刻、姿態(tài)測(cè)量模塊102測(cè)出姿態(tài)的時(shí)刻、收到PIN高速光電探測(cè)模塊207發(fā)出脈沖的時(shí)亥lj(即脈沖激光器201發(fā)射激光的時(shí)刻)。
[0053]控制子系統(tǒng)1工作流程結(jié)束于步驟S208。
[0054]本實(shí)施例中GPS接收機(jī)103采用加拿大NovAtel公司0EMV-2型號(hào)的差分GPS接收機(jī)，水平位置精度為0.45m，更新頻率達(dá)到50Hz，使用RS232串行接口和主控制器101通信。所述的姿態(tài)測(cè)量模塊102，采用IMU (慣性測(cè)量單元)獲取本激光雷達(dá)系統(tǒng)姿態(tài)信息，數(shù)據(jù)更新頻率可達(dá)100Hz，在GPS接收機(jī)103的輔助下采用公知技術(shù)可保證IMU獲取的三個(gè)姿態(tài)角誤差小于0.08°，MU使用RS232串行接口和主控制器101通信。所述的主控制器101作為本激光雷達(dá)系統(tǒng)的控制中心，采用意法半導(dǎo)體公司的ARM STM32高表現(xiàn)型低功耗產(chǎn)品，時(shí)鐘頻率高達(dá)120MHz，通信接口多達(dá)15個(gè)，含USB (通用串行總線)接口和以太網(wǎng)接口，內(nèi)置閃存容量可達(dá)1MHz且能輕松擴(kuò)展存儲(chǔ)容量。所述的外部存儲(chǔ)器104為輕巧型大容量存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)本激光雷達(dá)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，本實(shí)施例系統(tǒng)采用SD卡(安全數(shù)碼卡)，其重量只有1.5g，容量達(dá)32GB，存取速度高達(dá)30MB/S。
[0055]發(fā)射子系統(tǒng)2由脈沖激光器201、準(zhǔn)直透鏡202、分光片203、光纖分束器204、發(fā)射透鏡陣列205、全反鏡206和PIN高速光電探測(cè)模塊207構(gòu)成。圖3為發(fā)射子系統(tǒng)2工作流程圖。該流程圖開(kāi)始于步驟S301。
[0056]在步驟S302，主控制器101觸發(fā)脈沖激光器201發(fā)射激光，脈沖激光器201作為照明光源具備高峰值功率、窄脈沖、輸出頻率可調(diào)的特性，其工作波長(zhǎng)與本接收子系統(tǒng)3中APD陣列探測(cè)器303峰值響應(yīng)波長(zhǎng)匹配，本實(shí)施例中采用Solar LS公司鈦寶石可調(diào)諧激光器LX329，調(diào)諧范圍700nm-980nm，脈沖寬度7ns，峰值功率750kW，重復(fù)頻率100Hz內(nèi)可調(diào)。
[0057]在步驟S303，準(zhǔn)直透鏡202用于準(zhǔn)直脈沖激光器發(fā)射的激光束，本實(shí)施例中為提高發(fā)射效率準(zhǔn)直透鏡202和發(fā)射透鏡陣列205均鍍905nm增透膜。
[0058]在步驟S304，分光片203將準(zhǔn)直后的激光分為比例懸殊的透射和反射兩部分激光，反射激光占小部分，透射激光占大部分。
[0059]在步驟S305，分光片203分出的大部分激光進(jìn)入光纖分束器204。
[0060]在步驟S306，光纖分束器204為兩級(jí)1分16分束器，將入射激光分為256束激光，分出的每束激光都對(duì)準(zhǔn)發(fā)射透鏡陣列205中的一個(gè)小透鏡，所述的發(fā)射透鏡陣列由16 X 16=256個(gè)小透鏡構(gòu)成。
[0061]在步驟S307，所述的256束激光經(jīng)發(fā)射透鏡陣列205中的256個(gè)小透鏡分別準(zhǔn)直后出射，對(duì)目標(biāo)實(shí)施16X16點(diǎn)陣照明。所述的點(diǎn)陣照明把泛光照明的整體能量集中到有限的16X16點(diǎn)陣上，使發(fā)射激光能量利用充分，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定，相比同等發(fā)射功率下的泛光照明探測(cè)距離可提高20%。
[0062]在步驟S308，分光片203分出的小部分激光投射到全反射鏡206上。
[0063]在步驟S309，全反射鏡206將激光反射進(jìn)入PIN高速光電探測(cè)模塊207，本實(shí)施例中采用中電科44所的GT106高速PIN光電二極管作為所述PIN高速光電探測(cè)模塊207的光電探測(cè)器。
[0064]在步驟S310，高速PIN光電二極管對(duì)入射激光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，再由PIN高速光電探測(cè)模塊207內(nèi)部的跨阻放大電路和高速比較電路處理，最終入射激光被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸出，該數(shù)字信號(hào)分為三路同時(shí)輸出，第一路啟動(dòng)高精度時(shí)間間隔測(cè)量模塊406，第二路啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換模塊405，第三路送至主控制器101，用以表明激光發(fā)射時(shí)刻。
[0065]發(fā)射子系統(tǒng)2工作流程結(jié)束于步驟S311。
[0066]接收子系統(tǒng)3由接收透鏡301，光纖耦合陣列302和APD陣列探測(cè)器303構(gòu)成。圖4為接收子系統(tǒng)3工作流程圖。該流程圖開(kāi)始于步驟S401。
[0067]在步驟S402，從目標(biāo)漫反射回來(lái)的激光后向散射波進(jìn)入接收透鏡301，本實(shí)施例中接收透鏡采用非球面透鏡，為提高接收效率接收透鏡鍍905nm增透膜。
[0068]在步驟S403，接收透鏡301將激光回波聚焦進(jìn)入16X 16光纖耦合陣列302，并保證回波信號(hào)剛好完全覆蓋光纖耦合陣列302端面，本實(shí)施例中光纖耦合陣列包含16 X 16路光纖。
[0069]在步驟S404，光纖耦合陣列302將16X 16路光纖分為4組8X8路輸出，每組8X8=64路光纖輸出耦合到一個(gè)8X8 APD面陣芯片的64個(gè)光敏面單元上，APD光敏面單元大小為205um，間距320um，所述的光纖耦合陣列采用特制光纖，其參數(shù)根據(jù)耦合效率、接收視場(chǎng)角、光信號(hào)串?dāng)_等因素進(jìn)行確定。采用光纖耦合陣列的優(yōu)點(diǎn)在于有效減少了視場(chǎng)外環(huán)境光和雜散光進(jìn)入APD陣列探測(cè)器，并可使16X 16 APD陣列探測(cè)器303上的256個(gè)APD單元精確對(duì)準(zhǔn)來(lái)自探測(cè)目標(biāo)反射的256路激光回波。本實(shí)施例中，APD陣列探測(cè)器303含有16X16=256個(gè)APD單元，采用4片德國(guó)First Sensor公司生產(chǎn)的8X8 APD面陣芯片組合構(gòu)成(即APD面陣芯片1，APD面陣芯片2，APD面陣芯片3和APD面陣芯片4構(gòu)成16X16APD陣列探測(cè)器303)。本實(shí)施例中使用的APD面陣芯片在905nm響應(yīng)度達(dá)到60A/W，其擊穿電壓為200V。電路設(shè)計(jì)時(shí)由5V電源升壓獲得雪崩效應(yīng)所需的偏置高壓，而且該偏置高壓和高速比較模塊404所需的參考電平均設(shè)計(jì)為可調(diào)節(jié)。
[0070]接收子系統(tǒng)3工作流程結(jié)束于步驟S405。
[0071]測(cè)距與強(qiáng)度獲取子系統(tǒng)4由跨阻放大模塊401，增益可調(diào)放大模塊402，寬帶放大模塊403，高速比較模塊404，AD轉(zhuǎn)換模塊405，高精度時(shí)間間隔測(cè)量模塊406，微控制器陣列A407和微控制器陣列B408構(gòu)成。
[0072]圖5為測(cè)距與強(qiáng)度獲取子系統(tǒng)4工作流程圖。該流程圖開(kāi)始于步驟S501。
[0073]在步驟S502，APD陣列探測(cè)器303光電轉(zhuǎn)換后輸出的16 X 16=256路微弱電流信號(hào)進(jìn)入跨阻放大模塊401中，跨阻放大模塊401由4組64路跨阻放大電路組成，其作用是把256路電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)后同時(shí)輸出到下級(jí)增益可調(diào)放大模塊402和寬帶放大模塊403中。本實(shí)施例中跨阻放大模塊401中的跨阻放大器使用飛利浦公司的NE5210，它具有低噪聲、高帶寬、跨阻適中、差分輸出等優(yōu)點(diǎn)。
[0074]在步驟S503，跨阻放大模塊401輸出的電壓信號(hào)進(jìn)入增益可調(diào)放大模塊402并行放大，增益可調(diào)放大模塊402由4組64路增益可調(diào)放大電路組成。由于跨阻放大器NE5210輸出的電壓信號(hào)正比于APD輸出的電流信號(hào)，而APD輸出的電流信號(hào)又與目標(biāo)物到APD的距離成平方反比，從而造成跨阻放大器輸出電壓有較大動(dòng)態(tài)范圍，因此跨阻放大模塊401后續(xù)電路設(shè)計(jì)為增益可調(diào)放大電路，以此保證距離測(cè)量系統(tǒng)的精度，即:距離較遠(yuǎn)時(shí)電路增益變大，距離較近時(shí)增益變小，使得經(jīng)過(guò)此電路放大輸出的電壓信號(hào)基本不隨距離變化，從而解決了因探測(cè)距離不同引起的激光回波脈沖時(shí)間游走問(wèn)題。本實(shí)施例中增益可調(diào)放大器選用亞德諾公司寬頻帶、低噪聲、低畸變、高增益的AD8330芯片，其增益控制電壓Vg與輸出信號(hào)大小成反比，可實(shí)現(xiàn)增益自動(dòng)控制功能。
[0075]在步驟S504，增益可調(diào)放大模塊402輸出的信號(hào)進(jìn)入高速比較模塊404，高速比較模塊404由4組64路高速比較電路組成，通過(guò)與預(yù)設(shè)參考電壓比較后，高速比較模塊404輸出的數(shù)字信號(hào)作為停止信號(hào)輸入到高精度時(shí)間間隔測(cè)量模塊406中。本實(shí)施例中高速比較器采用德州儀器公司的單端輸入單端輸出的比較器LMV7219，其上升和下降時(shí)間為1.3ns,軌到軌輸出，很適合前沿定時(shí)。
[0076]在步驟S505，高精度時(shí)間間隔測(cè)量模塊406用于測(cè)量激光發(fā)射時(shí)刻至接收到停止信號(hào)的時(shí)間間隔，該模塊可并行測(cè)量16X 16=256路激光飛行時(shí)間，從而獲取256路距離信息。本實(shí)施例中，高精度時(shí)間間隔測(cè)量模塊406采用德國(guó)acam公司計(jì)時(shí)分辨率81皮秒的8通道TDC-GPX芯片，共使用32片。微控制器陣列B408由8片ARM STM32系列微處理器芯片組成，每片ARM STM32系列微處理器控制4片TDC-GPX芯片。TDC-GPX芯片的配置及測(cè)量過(guò)程都在微控制器陣列B408控制下完成，時(shí)間間隔測(cè)量數(shù)據(jù)由TDC-GPX芯片輸出到外部28位數(shù)據(jù)總線上以供微控制器陣列B408讀取。
[0077]在步驟S506，微控制器陣列B408將距離信息測(cè)量數(shù)據(jù)以DMA方式通過(guò)10M/100M以太網(wǎng)接口或USB接口上傳給控制子系統(tǒng)1中的主控制器101。
[0078]在步驟S507，跨阻放大模塊401輸出的256路電壓信號(hào)進(jìn)入寬帶放大模塊403的256路寬帶放大電路并行放大，寬帶放大模塊403分為4組，每組由64路寬帶放大電路組成。本實(shí)施例中寬帶放大模塊403采用亞德諾公司的ADL5565放大器，該放大器支持差分輸入，能夠匹配跨阻放大模塊401中的NE5210放大器。
[0079]在步驟S508，寬帶放大模塊403輸出的信號(hào)進(jìn)入AD轉(zhuǎn)換模塊405，AD轉(zhuǎn)換模塊405由4組64路AD轉(zhuǎn)換電路組成，微控制器陣列A407控制AD轉(zhuǎn)換模塊405并行轉(zhuǎn)換，并且微控制器陣列A407負(fù)責(zé)讀取并暫存轉(zhuǎn)換得到的代表回波強(qiáng)度信息的數(shù)字量。
[0080]在步驟S509，微控制器陣列A407將強(qiáng)度信息測(cè)量數(shù)據(jù)以DMA方式通過(guò)10M/100M以太網(wǎng)接口或USB接口上傳到控制子系統(tǒng)1中的主控制器101。本實(shí)施例中，微控制器陣列A407采用8片Altera公司Cyclone系列FPGA，每片F(xiàn)PGA控制32路AD轉(zhuǎn)換電路。
[0081]測(cè)距與強(qiáng)度獲取子系統(tǒng)4工作流程結(jié)束于步驟S510。
[0082]以上公開(kāi)的僅為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，但本發(fā)明并非局限于此，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，做出的擴(kuò)展應(yīng)視為屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種脈沖式NXN陣列激光雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于脈沖式NXN陣列激光雷達(dá)系統(tǒng)包括:控制子系統(tǒng)(1)、發(fā)射子系統(tǒng)(2)、接收子系統(tǒng)(3)和測(cè)距與強(qiáng)度獲取子系統(tǒng)(4);控制子系統(tǒng)(1)包括:主控制器(101)、姿態(tài)測(cè)量模塊(102)、全球定位系統(tǒng)即GPS接收機(jī)(103)、外部存儲(chǔ)器(104)和顯示器(105);發(fā)射子系統(tǒng)(2)包括:脈沖激光器(201)、準(zhǔn)直透鏡(202)、分光片(203)、光纖分束器(204)、發(fā)射透鏡陣列(205)、全反射鏡(206)和P-1-N結(jié)構(gòu)二極管即PIN高速光電探測(cè)模塊(207);接收子系統(tǒng)(3)包括:接收透鏡(301)、光纖耦合陣列(302)和雪崩光電二極管即AH)陣列探測(cè)器(303);測(cè)距與強(qiáng)度獲取子系統(tǒng)(4)包括:跨阻放大模塊(401)、增益可調(diào)放大模塊(402)、寬帶放大模塊(403)、高速比較模塊(404)、模擬數(shù)字即AD轉(zhuǎn)換模塊(405)、高精度時(shí)間間隔測(cè)量模塊(406)、微控制器陣列A(407)和微控制器陣列B (408)；主控制器(101)分別與姿態(tài)測(cè)量模塊(102)、GPS接收機(jī)(103)、顯示器(105)、外部存儲(chǔ)器(104)、脈沖激光器(201)、PIN高速光電探測(cè)模塊(207)、微控制器陣列A(407)和微控制器陣列B(408)相連；脈沖激光器(201)發(fā)出的激光先經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡(202)，然后通過(guò)分光片(203)分為反射和透射兩路激光，占小部分的反射激光通過(guò)全反鏡(206)進(jìn)入PIN高速光電探測(cè)模塊(207)，占大部分的透射激光經(jīng)光纖分束器(204)進(jìn)入發(fā)射透鏡陣列(205)照射目標(biāo)，PIN高速光電探測(cè)模塊(207)輸出的信號(hào)分成三路分別輸入主控制器(101 )、高精度時(shí)間間隔測(cè)量模塊(406)和AD轉(zhuǎn)換模塊(405)；目標(biāo)反射回來(lái)的激光經(jīng)接收透鏡(301)聚焦進(jìn)入光纖耦合陣列(302)，光纖耦合陣列(302)分組輸出多束激光信號(hào)耦合到AH)陣列探測(cè)器(303)的各個(gè)光敏面單元上；APD陣列探測(cè)器(303)輸出的信號(hào)進(jìn)入跨阻放大模塊(401)，跨阻放大模塊(401)輸出的信號(hào)同時(shí)進(jìn)入增益可調(diào)放大模塊(402)和寬帶放大模塊(403);增益可調(diào)放大模塊(402)輸出的信號(hào)進(jìn)入高速比較模塊(404)，高速比較模塊(404)輸出的信號(hào)進(jìn)入高精度時(shí)間間隔測(cè)量模塊(406 )，高精度時(shí)間間隔測(cè)量模塊(406 )由微控制器陣列B (408)控制，寬帶放大模塊(403)輸出到AD轉(zhuǎn)換模塊(405)，AD轉(zhuǎn)換模塊(405)由微控制器陣列A (407)實(shí)現(xiàn)控制；主控制器(101)，是本系統(tǒng)的控制核心；其主要工作有:讀取GPS接收機(jī)(103)測(cè)得的位置信息；控制姿態(tài)測(cè)量模塊(102)工作并讀取其測(cè)出的姿態(tài)信息；觸發(fā)脈沖激光器(201)定時(shí)發(fā)射脈沖激光；以中 斷方式接收微控制器陣列A(407)和微控制器陣列B(408)發(fā)送的強(qiáng)度、距離測(cè)量數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)到外部存儲(chǔ)器(104)中或通過(guò)顯示器(105)進(jìn)行顯示；脈沖激光器(201 )，用于發(fā)射脈沖激光，發(fā)射的脈沖激光進(jìn)入準(zhǔn)直透鏡(202)；準(zhǔn)直透鏡(202)，用于將所述的脈沖激光器(201)發(fā)出的脈沖激光進(jìn)行準(zhǔn)直；分光片(203)，用于將準(zhǔn)直透鏡(202)準(zhǔn)直后的激光分為比例懸殊的透射和反射兩部分，占大部分的透射激光進(jìn)入光纖分束器(204)，占小部分的反射激光進(jìn)入全反射鏡(206)；光纖分束器(204)，用于將分光片透射的脈沖激光均勻分為NXN束激光，再輸出到發(fā)射透鏡陣列(205)；發(fā)射透鏡陣列(205)，用于將光纖分束器(204)分出的NXN束激光準(zhǔn)直后發(fā)射對(duì)目標(biāo)實(shí)施NXN點(diǎn)陣照明；全反射鏡(206 )，分光片(203 )分出的反射激光投射到全反射鏡(206 )，全反射鏡(206 )將投射的激光進(jìn)行全反射使其進(jìn)入PIN高速光電探測(cè)模塊(207)；PIN高速光電探測(cè)模塊(207)，接收到全反射鏡(206)反射的激光后進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并處理后輸出數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)同時(shí)進(jìn)入高精度時(shí)間間隔測(cè)量模塊(406)、AD轉(zhuǎn)換模塊(405)和主控制器(101)，成為啟動(dòng)測(cè)距與強(qiáng)度獲取子系統(tǒng)(4)工作的開(kāi)始信號(hào)并表明激光發(fā)射時(shí)刻；接收透鏡(301)，接收被發(fā)射透鏡陣列(205)發(fā)射的NXN束激光點(diǎn)陣照明的目標(biāo)所散射的多束激光回波，并將接收到的多束激光回波分別聚焦進(jìn)入光纖耦合陣列(302)；光纖耦合陣列(302)，將接收透鏡(301)聚焦輸入的NXN束激光回波由多組光纖束輸出到APD陣列探測(cè)器(303)，每組光纖束包含KXK束光纖；APD陣列探測(cè)器(303)，由多個(gè)KXK APD面陣模塊構(gòu)成；每組KXK束光纖輸出端分別耦合到一個(gè)APD面陣模塊的KXK個(gè)APD光敏面單元上，從而使光纖耦合陣列(302)的NXN束光纖輸出端一一對(duì)應(yīng)地耦合到APD陣列探測(cè)器(303)的NXN個(gè)光敏面單元上；APD陣列探測(cè)器(303)把光纖耦合陣列(302)輸入的多束激光回波信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后并行輸出最多達(dá)NXN路微弱電流信號(hào)到跨阻放大模塊(401)；跨阻放大模塊(401)，用于將APD陣列探測(cè)器(303)輸出的NXN路微弱電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為N X N路電壓信號(hào)，然后同時(shí)送入增益可調(diào)放大模塊(402 )和寬帶放大模塊(403 );寬帶放大模塊(403)，用于將跨阻放大模塊(401)轉(zhuǎn)換輸出的NXN路電壓信號(hào)進(jìn)行多路并行放大，輸出放大后的NXN路電壓信號(hào)進(jìn)入AD轉(zhuǎn)換模塊(405)；AD轉(zhuǎn)換模塊(405)，用于將寬帶放大模塊(403)放大后的NXN路電壓信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，輸出代表強(qiáng)度信息的NXN路數(shù)字信號(hào)，這些轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號(hào)由微控制器陣列A(407)讀取，AD轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)信號(hào)來(lái)自所述的PIN高速光電探測(cè)模塊(207)；微控制器陣列A(407)，用于控制AD轉(zhuǎn)換模塊(405)執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換得到的代表強(qiáng)度信息的數(shù)字信號(hào)暫存到其內(nèi)存中，然后上傳到主控制器(101)；增益可調(diào)放大模塊(402)，用于將`跨阻放大模塊(401)輸出的NXN路電壓信號(hào)進(jìn)行可調(diào)增益的并行放大，并將放大后的NXN路電壓信號(hào)輸入高速比較模塊(404)；高速比較模塊(404)，將增益可調(diào)放大模塊(402)輸出的NXN路電壓信號(hào)與參考電平比較，輸出NXN個(gè)數(shù)字信號(hào)作為NXN路停止信號(hào)輸入到高精度時(shí)間間隔測(cè)量模塊(406)；高精度時(shí)間間隔測(cè)量模塊(406)，用于測(cè)量從收到PIN高速光電探測(cè)模塊(207)輸出的開(kāi)始信號(hào)至收到高速比較模塊(404)輸出的NXN路停止信號(hào)的時(shí)間間隔，測(cè)量后最多并行輸出NXN個(gè)時(shí)間間隔測(cè)量數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)由微控制器陣列B(408)讀取；微控制器陣列B(408)，用于配置、控制所述的高精度時(shí)間間隔測(cè)量模塊(406)執(zhí)行測(cè)量，并讀取代表NXN個(gè)目標(biāo)測(cè)量點(diǎn)距離信息的NXN個(gè)時(shí)間間隔測(cè)量值，再將測(cè)量值暫存到內(nèi)存中，然后上傳到主控制器(101)；GPS接收機(jī)(103)，通過(guò)異步串行口與主控制器(101)相連，用于提供PPS即秒脈沖信號(hào)作為本系統(tǒng)的啟動(dòng)信號(hào)以及獲取本系統(tǒng)的經(jīng)緯度、高程和UTC即協(xié)調(diào)世界時(shí)時(shí)間信息；姿態(tài)測(cè)量模塊(102)，通過(guò)異步串行口與主控制器(101)相連，用于獲取本系統(tǒng)的航向角、俯仰角和側(cè)滾角信息；外部存儲(chǔ)器(104)，通過(guò)SPI即串行外設(shè)接口與主控制器(101)相連，用于存儲(chǔ)主控制器(101)接收到的來(lái)自微控制器陣列A(407)和微控制器陣列B(408)的距離測(cè)量數(shù)據(jù)和強(qiáng)度測(cè)量數(shù)據(jù)，以及GPS接收機(jī)(103)和姿態(tài)測(cè)量模塊(102)獲取的信息，以及時(shí)間同步信息；顯示器(105)，通過(guò)16位并行總線與主控制器(101)相連，對(duì)探測(cè)到的目標(biāo)進(jìn)行含灰度或偽彩色信息的三維可視化，并顯示相關(guān)的控制、狀態(tài)信息；所述NXN，其中N ^ 1 0 ，所述KXK，其中K ^ 5，并且K〈N。
【文檔編號(hào)】G01S17/02GK103744087SQ201410011887
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2014年1月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月11日
【發(fā)明者】周國(guó)清, 周祥, 張飆, 馬建軍, 衛(wèi)斌 申請(qǐng)人:桂林理工大學(xué)