大气多参数探测激光雷达的信号采集处理系统

摘要

一种大气多参数探测激光雷达的信号采集处理系统，包括：多个集成光电探测模块：接收外围设备接收光学模块输出的光信号，转换为电脉冲信号至多通道光子计数与控制模块；1个多通道光子计数与控制模块：对多路脉冲信号分别按时序计数并进行预处理，将结果存储并传输至系统控制与数据处理模块，同时光子计数与控制模块输出激光雷达控制信号，控制外围设备激光器和集成光电探测模块；1个系统控制与数据处理模块：接收多通道光子计数与控制模块发送的数据信息并处理，得到大气参数；1个同步触发模块：接收激光器发射的激光脉冲，输出同步触发信号至多通道光子计数与控制模块。本系统具有系统集成度高，抗电磁干扰能力强，可靠性高，易于维护等优点。

主权项

一种大气多参数探测激光雷达的信号采集处理系统，其特征在于：包括：n个集成光电探测模块、1个多通道光子计数与控制模块、1个系统控制与数据处理模块、1个同步触发模块；其中：n≥2，n为正整数；所述集成光电探测模块用于接收外围设备中接收光学模块输出的光信号，并将其转换为电脉冲信号；其数量n根据需要探测的大气参数的数量确定；所述多通道光子计数与控制模块包括光子计数与控制模块和接口模块；其中，光子计数与控制模块的主要功能是：对n个集成光电探测模块输入的n路脉冲信号分别按时序计数，并进行预处理，然后将预处理的结果存储并传输至系统控制与数据处理模块，同时光子计数与控制模块输出激光雷达控制信号，控制外围设备激光器和集成光电探测模块的开启与关闭；其包括：2×n个计数器：计数器1A～计数器nA、计数器1B～计数器nB；n个累加模块：累加模块1～累加模块n；n个数据存储模块：数据存储模块1～数据存储模块n；1个时序控制模块；1个触发信号控制模块；1个触发信号计数模块；n个缓冲存储模块：缓冲存储模块1～缓冲存储模块n；时序控制模块的主要功能：给计数器、累加模块、数据存储模块、触发信号控制模块、触发信号计数模块、缓冲存储模块、接口模块发送控制命令，所述控制命令包括：开始工作、停止工作、清零、存储、读写操作；触发信号控制模块的主要功能：接收同步触发模块输出的同步触发信号后向触发信号计数模块和时序控制模块发送“开始采集”信号；触发信号计数模块的主要功能：对输入的“开始采集”信号进行计数，并将结果发送至时序控制模块；计数器的主要功能：计数器1A～计数器nA分别在奇数门宽时间内对输入的电脉冲信号计数，用计数值1A′～计数值nA′表示；计数器1B～计数器nB分别在偶数门宽时间内对输入的电脉冲信号计数，用计数值1B′～计数值nB′表示；并且将结果分别发送至累加模块1～累加模块n；数据存储模块的主要功能：数据存储模块1存储一个脉冲采集周期内计数器1A、计数器1B分别采集的电脉冲信号的总数，用总计数值1A″和总计数值1B″表示；数据存储模块2存储一个脉冲采集周期内计数器2A、计数器2B分别采集的电脉冲信号的总数，用总计数值2A″和总计数值2B″表示；以此类推，数据存储模块n存储一个脉冲采集周期内计数器nA、计数器nB分别采集的电脉冲信号的总数，用总计数值nA″和总计数值nB″表示；累加模块的主要功能：累加模块1将一个脉冲采集周期内计数器1A采集的电脉冲信号的数量进行累加，用总计数值1A″表示；同时将一个脉冲采集周期内计数器1B采集的电脉冲信号的数量进行累加，用总计数值1B″表示；并将总计数值1A″和总计数值1B″发送给数据存储模块1；累加模块2将一个脉冲采集周期内计数器2A采集的电脉冲信号的数量进行累加，用总计数值2A″表示；同时将一个脉冲采集周期内计数器2B采集的电脉冲信号的数量进行相加，用总计数值2B″表示；并将总计数值2A″和总计数值2B″发送给数据存储模块2；以此类推，累加模块n将一个脉冲采集周期内计数器nA采集的电脉冲信号的数量进行累加，用总计数值nA″表示；同时将一个脉冲采集周期内计数器nB采集的电脉冲信号的数量进行相加，用总计数值nB″表示；并将总计数值nA″和总计数值nB″发送给数据存储模块n；缓冲存储模块的主要功能：缓冲存储模块1～缓冲存储模块n以预先设定的缓存更新频率K分别存储数据存储模块1～数据存储模块n内存储的数据；其中，K为正整数；所述接口模块用于实现多通道光子计数与控制模块和系统控制与数据处理模块之间的通信；所述系统控制与数据处理模块的主要功能包括：①接收多通道光子计数与控制模块发送的数据信息并进行处理，得到大气参数；②通过接口模块给时序控制模块设定采集参数以及发送控制命令；所述采集参数包括：距离分辨率、 探测高度层数、采集脉冲数M，M为正整数、缓存更新频率K；所述控制命令为控制外围设备激光器和集成光电探测模块开启与关闭的控制命令；所述同步触发模块的主要功能是接收激光器发射的激光脉冲，输出同步触发信号至触发信号控制模块；连接关系为：集成光电探测模块i，0＜i≤n，i为正整数，分别与计数器iA、计数器iB、时序控制模块连接；计数器iA分别与集成光电探测模块i、累加模块i、时序控制模块连接；计数器iB分别与集成光电探测模块i、累加模块i、时序控制模块连接；累加模块i分别与计数器iA、计数器iB、数据存储模块i、时序控制模块连接；数据存储模块i分别与累加模块i、缓冲存储模块i、时序控制模块连接；缓冲存储模块i分别与数据存储模块i、接口模块、时序控制模块连接；时序控制模块分别与集成光电探测模块i、计数器iA、计数器iB、累加模块i、数据存储模块i、缓冲存储模块i、触发信号控制模块、触发信号计数模块、接口模块、外围设备激光器连接；同步触发模块分别与触发信号控制模块、外围设备激光器连接；触发信号控制模块分别与同步触发模块、触发信号计数模块、时序控制模块连接；触发信号计数模块分别与触发信号控制模块、时序控制模块连接；接口模块分别与缓冲存储模块i、时序控制模块、系统控制与数据处理模块连接；系统控制与数据处理模块与接口模块连接。