微脉冲激光雷达回波信号采集积分装置及采集积分方法

本发明属于激光雷达遥感探测，涉及一种微脉冲激光雷达回波信号采集积分装置，本发明还涉及利用上述装置进行采集积分的方法。

背景技术：

1、激光光束在大气中传输时，由于大气分子、气溶胶粒子的运动是随机变化的，所以单次获得的回波信号会有很大的随机性，以及有大量的背景噪声。但是，对多次获取回波信号进行累计平均后(需要对相同距离处的数据累计平均)，随机信号的统计趋于某个常数，大气的某种特征参数的统计信息会凸显出来(如水汽在某高度处的浓度值)，这一累计平均称之为时间积分。所以，时间积分方式也称之为去除背景噪声、提高信噪声的方法，是微脉冲激光雷达大气探测特有的、必不可少的数据处理流程。

2、现有的微脉冲激光雷达数据采集、积分方法主要有两种。一种被用于在高档示波器中：采集时，将上次的采集结果与本次的采样结果相加后平均，作为本次采集点积分结果，依此循环进行，到达累计次数时的结果即为时间积分结果。由于高档示波器的数字化精度有限、通道数有限，难以集成，只能在实验中、简单测试中应用。

3、另外一种普遍采用的采集、积分方法是：每次触发时，将采集数据链表进行缓存，等到达设定的累计次数时，再将缓存的数据链表逐次读出，再将对应点累计积分，这种方法广泛应用于采集板块中。但这种采集、累计方法存在一定的弊端，首先是需要大容量的存储空间；第二，是在逐次读出数据链表、累计积分时会有一定的时间开销，此时不能进行回波信号的采集、积分，这会浪费掉微脉冲激光雷达的宝贵脉冲。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种微脉冲激光雷达回波信号采集积分装置，解决了现有的微脉冲激光雷达回波信号采集系统占用大容量存储空间的问题。

2、本发明的另一目的在于提供利用上述装置进行采集积分的方法。

3、本发明所采用的技术方案是，微脉冲激光雷达回波信号采集积分装置，包括控制器，控制器通过信号线分别连接有模数转换器、加法器和存储器，模数转换器通过信号线连接有加法器，加法器通过信号线连接有存储器。

4、本发明所采用的另一种技术方案是，微脉冲激光雷达回波信号采集积分方法，具体方法为：

5、s1、设定存储器长度k、累计积分总次数p以及相关参数的初始化，采集微脉冲激光雷达回波信号，将回波信号传入模数转换器中；

6、s2、通过模数转换器将采集到的回波信号模拟量转换为数字量，将本次转换后的数字量与上次存储器中的数据通过加法器对应相加，输出累加数据；

7、s3、将累加数据存储到存储器所设定的地址中；判断存储器地址k是否等于存储器长度k，若不相等，进入s1继续进行模数转换，若长度相等，进入s4；

8、s4、判断当前采集次数与s1中p次累计是否相等，若不相等，进入s1继续累加，若相等，进入s5；

9、s5、读取存储器中数据，除以p次累计积分得到回波信号的数字累计平均值，完成微脉冲激光雷达回波信号的采集与累计积分。

10、本发明另一技术方案的特点还在于：

11、s1的具体步骤为：

12、设定相关参数，需要对信号总共进行p次累计，其中存储器的存储总容量即为长度k；将当前累计积分次数p置为1；将存储器内的存储数据清零，将当前存储的存储器的地址k置1；在触发信号的作用下启动采集：模数转换器每隔采样间隔δt＝1/f，其中f为采样频率，当触发信号上升沿来临时，数模转换器启动模数转换，将模拟量转换为对应的数字量，模数转换位数为n。

13、s2的具体步骤为：

14、控制器切换总线方向为读出方向，将当前存储器中存储的数据读出，加法器将其与模数转换得到的数字量按地址对应相加；控制器切换总线方向为存储方向，将加法器的相加结果存储到存储器所指定的位置处。

15、s3的具体步骤为：

16、当检测到当前存储的地址k为存储器的长度k，则表示已经完成了一次触发采集；若k≠k，表示未完成该次回波信号的触发采集，将存储器的当前存储地址k+1，并跳转至s1，启动模数转换。

17、s4的具体步骤为：

18、当检测到当前的累计积分次数p达到所设定的累计积分总次数p，则表示已经完成p次触发采集；若p≠p，表示未完成累计积分，将累计积分次数+1，跳转到s1，将存储器内的存储数据清零，将当前存储的存储器的地址k置1。

19、s5中的具体步骤为：

20、依次读出存储器中的存储数据，除以累计积分总次数p即可得到回波信号的数字累计平均值，实现对微脉冲激光雷达回波信号的累计积分。

21、本发明的有益效果是：

22、通过读出上次存储的累计结果，与本次的采集结果进行累计，结果存储，三个步骤，在严格的时序控制下，以简单的方式实现微脉冲激光雷达回波信号的采集、积分。本发明易集成，可以对通道数、采样频率和采样点数进行参数化设定，无需大容量的存储空间，以及额外的读出、累计积分时间开销，在对采集数据累加完成的同时，即可获得累加积分结果，不会浪费微脉冲激光雷达的激光脉冲，极大的克服了上述两种方法的不足之处，极具推广价值。

技术特征：

1.微脉冲激光雷达回波信号采集积分装置，其特征在于，包括控制器，所述控制器通过信号线分别连接有模数转换器、加法器和存储器，所述模数转换器通过信号线连接有加法器，所述加法器通过信号线连接有存储器。

2.微脉冲激光雷达回波信号采集积分方法，其特征在于，如使用权利要求1所述的微脉冲激光雷达回波信号采集积分装置，具体方法为：

3.根据权利要求2所述的微脉冲激光雷达回波信号采集积分方法，其特征在于，所述s1的具体步骤为：

4.根据权利要求3所述的微脉冲激光雷达回波信号采集积分方法，其特征在于，所述s2的具体步骤为：

5.根据权利要求4所述的微脉冲激光雷达回波信号采集积分方法，其特征在于，所述s3的具体步骤为：

6.根据权利要求5所述的微脉冲激光雷达回波信号采集积分方法，其特征在于，所述s4的具体步骤为：

7.根据权利要求6所述的微脉冲激光雷达回波信号采集积分方法，其特征在于，所述s5中的具体步骤为：

技术总结
本发明公开了微脉冲激光雷达回波信号采集积分装置，包括控制器，控制器通过信号线分别连接有模数转换器、加法器和存储器，模数转换器通过信号线连接有加法器，加法器通过信号线连接有存储器。本发明还公开了利用该装置对微脉冲激光雷达回波信号进行采集积分方法，本发明易集成，可以对通道数、采样频率和采样点数进行参数化设定，有效减小了已有方法对大容量存储空间的需求与时间开销，具有新颖性和独特的优势。

技术研发人员：辛文辉,贺亦欣,姚杰,李仕春,华灯鑫
受保护的技术使用者：西安理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/11/4