专利名称：大气多参数探测激光雷达的信号采集处理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种大气多参数探测激光雷达的信号采集处理系统，属于激光雷达大 气探测领域，适用于多参数大气探测激光雷达系统。
背景技术：
大气探测激光雷达是大范围、快速监测和分析大气环境的高技术主动遥感工具， 根据大气对激光的散射、吸收、消光等物理效应，通过接受大气对激光的后向散射信号探测 各种大气参数。常用的大气探测激光雷达系统的结构组成如图1示，包括激光器、发射光 学模块、接收光学模块、信号采集处理模块。其中信号采集处理模块包括同步触发模块、光 电探测模块、数据采集模块和系统控制与数据处理模块。激光器发射的激光经发射光学模 块射入大气，激光出射的同时启动同步触发模块，同步触发模块输出同步触发信号，该信号 启动数据采集模块开始工作。激光器发射的激光在大气中传输受到大气介质的吸收和散 射，探测目标对激光的后向散射光被接收光学模块接收，再由信号采集处理模块中的光电 探测模块对接收的回波光信号进行光电转换，光电转换后的电信号由数据采集模块进行放 大甄别、采集存储等操作，最后将数据送入系统控制与数据处理进行数据处理得到相应的 大气参数。大气探测激光雷达系包括①探测单一参数的大气激光雷达系统。目前国内公开 报道的大气探测激光雷达系统大多是探测单一参数的，即一套系统只能探测一种大气成分 或参数。其缺点是功能单一，结构复杂，体积较大，成本很高。②探测多参数的大气探测激 光雷达系统。即利用一套激光雷达系统，可实现同时探测大气多种参数。多个探测通道共用 系统中的激光器、发射光学模块和接收光学模块，而信号采集处理模块增加相应的采集通 道和相应的处理和控制功能。多参数的大气探测激光雷达系统的优点是在并不显著增加 系统体积和成本的情况下可以探测多个大气参数，提高了资源利用率和系统集成度。同时， 得到的大气同一目标区域的多个参数可以相互利用，利于开发新的数据处理算法提高数据 处理精度。由于激光雷达的远距离回波光信号非常微弱，同时要实现多功能的大气探测，因 此对多路回波光信号的精确探测采集和处理就成为激光雷达的关键技术之一。目前微弱光 信号的探测采集通常采用光子计数技术。通用的激光雷达信号采集处理系统包括光电倍增管、放大器、甄别器、光子计数 器和系统控制与数据处理，如图2示。其中，光电倍增管通常还需配备高压电源和冷却模 块，光子计数器一般采用外箱式或卡式的成品光子计数器。光电倍增管对接收到的回波光 信号进行光电转换，得到电信号，放大器对该电信号进行放大，并由甄别器从中甄别出有效 信号，将有效信号传输至光子计数器，光子计数器对接收到的有效信号进行存储、预处理等 操作，并将处理结果传输至系统控制与数据处理，经过系统控制与数据处理的处理后，最后 得到相应的大气参数。此种常规的激光雷达信号采集处理系统存在一系列的不足，主要有
1、系统体积较大，不易移动，成本很高，均由分立器件构成，集成化程度低，可靠性 较差，难以实现自动化运行，限制了激光雷达的应用范围，无法实现系统的小型化、实用化。2、光电倍增管一般还需配备高压电源和冷却系统，价格高，体积大。此外，其输出 信号必须经过放大、甄别等处理才能成为有用信号。3、成品光子计数器价格昂贵，通道较少，一般1-2个通道，不能满足多功能激光雷 达的需要，如购买多个光子计数器，则成本成倍增长。4、成品光子计数器可实现的功能和性能参数已经固定，无法按系统要求进行改 动。一方面，有些需要的功能和性能无法提供，如小型化多功能激光雷达需要一些控制功能 来实现自动化运行，而成品光子计数器无法提供这些特定的控制功能，如果另外再增加一 个控制系统，则降低了系统集成度，增加了系统体积和成本。而另一方面，成品光子计数器 有很多系统并不需要的功能，造成了资源的极大浪费
发明内容
本发明的目的是为了克服已有激光雷达信号采集处理系统存在的不足，提出一种 大气多参数探测激光雷达的信号采集处理系统。本发明的目的是通过下述技术方案实现的。一种大气多参数探测激光雷达的信号采集处理系统，包括η(η ^ 2, η为正整数) 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。所述集成光电探测模块用于接收外围设备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η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η个集成光电探测模块输入的η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2Χη个计数器(计数器IA 计数器ηΑ、计数器 IB 计数器ηΒ)、η个累加模块(累加模块1 累加模块η)、η个数据存储模块(数据存储 模块1 数据存储模块η)、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、η个缓冲存储模块(缓冲存储模块1 缓冲存储模块η)。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，所述控制命令包括但不限 于开始工作、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IA 计数器ηΑ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IA 计数值ηΑ表示；计数器IB 计数器ηΒ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IB 计数值ηΒ表示；并且将结果分别发送至累加模块1 累加模块η。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1Α、 计数器IB分别采集的电脉冲信号的总数，用总计数值IA和总计数值IB表示；数据存储模 块2存储一个脉冲采集周期内计数器2Α、计数器2Β分别采集的电脉冲信号的总数，用总计 数值2Α和总计数值2Β表示；以此类推，数据存储模块η存储一个脉冲采集周期内计数器 ηΑ、计数器ηΒ分别采集的电脉冲信号的总数，用总计数值ηΑ和总计数值ηΒ表示。累加模块的主要功能累加模块1累加一个脉冲采集周期内计数器1Α、计数器IB 采集的电脉冲信号的总数并发送给数据存储模块1 ；累加模块2累加计数器2Α、计数器2Β 采集的电脉冲信号的总数并发送给数据存储模块2 ；以此类推，累加模块η分别累加计数器 ηΑ、计数器ηΒ采集的电脉冲信号的总数并发送给数据存储模块η。缓冲存储模块的主要功能缓冲存储模块1 缓冲存储模块η以预先设定的缓存 更新频 率Κ(κ为正整数)分别存储数据存储模块1 数据存储模块η内存储的数据。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；所述采集参数包括但不限于距离分辨率、探测高度层数、采集脉 冲数Μ(Μ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。其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。其工作过程第1步系统控制与数据处理模块通过接口模块给时序控制模块设定采集参数； 所述采集参数包括但不限于距离分辨率、探测高度层数、采集脉冲数M(M为正整数)、缓存 更新频率K ；第2步系统控制与数据处理模块通过接口模块将控制命令发送给时序控制模 块；所述控制命令为控制激光器和集成光电探测模块开启与关闭的控制命令；
第3步时序控制模块控制激光器和集成光电探测模块开始工作，激光器发射激 光脉冲，集成光电探测模块接收外围设备接收光学模块输出的回波光信号，并对其进行光 电转换后，将电脉冲信号输出至光子计数与控制模块； 第4步激光器发射的激光脉冲触发同步触发模块输出同步触发信号，并输出至 触发信号控制模块；第5步触发信号控制模块接收到同步触发信号后，判断前一次计数工作是否完 成；如果完成，则向触发信号计数模块和时序控制模块发送“开始采集”信号，开始一个脉冲 采集周期；否则，忽略该同步触发信号；第6步触发信号计数模块接收到的“开始采集”信号后，在时序控制模块的控制 下对输入的“开始采集”信号进行计数，其个数用m(m为正整数)表示，并将该结果发送至 时序控制模块；触发信号计数模块记录的“开始采集”信号的数量m代表脉冲采集周期数。第7步时序控制模块接收到脉冲采集周期数m后，将其通过接口模块发送至系统 控制与数据处理模块，并判断m-Ι的值是否与第1步设置的采集脉冲数M相等，如果相等， 则时序控制模块给计数器、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、地址产生模块、缓冲存储模块发送停止工作信号，结束本次探测；判断m/K得到的余数 是否为零或者m的值是否与第1步设置的采集脉冲数M相等，如果m/K得到的余数为零或 者m的值与第1步设置的采集脉冲数M相等，设置缓存更新标志为1，否则，设置缓存更新标 志为0 O第8步在第5步操作的基础上，时序控制模块接收到“开始采集”信号后，根据第 1步中设定的距离分辨率产生计数门宽时间信号，在该信号的奇数门宽时间内计数器IA 计数器nA对输入的电脉冲信号计数，在偶数门宽时间内时序控制模块启动计数器IB 计 数器ηΒ对输入的电脉冲信号计数；并且计数器IA 计数器ηΑ，计数器IB 计数器ηΒ计 满一个门宽时间后，将计数值IA 计数值ηΑ或计数值IB 计数值ηΒ分别发送至分别累 加模块1 累加模块η，并将该计数器清零，同时时序控制模块发送读指令到数据存储模块 1 数据存储模块η，数据存储模块1 数据存储模块η根据该读指令分别将存储的总计数 值IA 总计数值ηΑ或总计数值IB 总计数值ηΒ发送到累加模块1 累加模块η，累加模 块i (0 < i < n，i为正整数)将计数值iA、总计数值iA或计数值iB和总计数值iB累加 后，重新存储到数据存储模块i。如果此时缓存更新标志为1，将数据存储模块i的数据发 送至缓冲存储模块i。每次存储后，统计门宽时间的数量并判断其是否等于探测高度层数； 如果相等，则完成一个脉冲采集周期，返回到第5步。第9步系统控制与数据处理模块从缓冲存储模块1 缓冲存储模块η读取IA 总计数值ηΑ、总计数值IB 总计数值ηΒ，并进行处理，即可得到需要探测的大气参数。有益效果本发明方案与已有技术相比较，具有如下优点①系统集成度高，抗电磁干扰能力强，可靠性高，易于维护，并有效降低了系统复 杂度；②体积小，成本低，实现了系统的小型化、实用化，便于外场使用；③将多路采集计数、预处理和控制、接口等模块集成在一起，功能灵活多变，控制 方便，实现激光雷达的自动化运行。
④采用在时序控制方面有显著优势的现场可编程逻辑器件(FPGA)，加上独特的时 序控制逻辑，使采集精度提高，探测时间缩短，可适应各种不同传输速度的接口方式。


图1为已有技术的常用大气探测激光雷达系统的结构组成图； 图2为已有技术的通用激光雷达信号采集处理系统组成图；图3为本发明关于一种大气多参数探测激光雷达的信号采集处理系统的具体实 施方式的结构组成图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例中，提供能够探测大气温度及气溶胶的多参数激光雷达的信号采集处理系 统，其组成如图3所示，包括3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，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。光子计数与控制模块包括6个计数器(计数器IA 计数器 3A、计数器IB 计数器3B)、3个累加模块(累加模块1 累加模块3)、3个数据存储模块 (数据存储模块1 数据存储模块3)、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、3个缓冲存储模块(缓冲存储模块1 缓冲存储模块3)。其连接关系为集成光电探测模块i (0 < i < 3，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。集成光电探测模块的一种具体实现为采用德国PerkinEImer公司生产的 CPM-Channel Photomultiplier MP944。MP944为轻小型模块化器件，无需另外配备高压电 源和冷却模块以及后续的放大、甄别等处理电路，外部5V供电即可直接将输入的光信号转 换为TTL电平的电脉冲信号输出，所以具有结构简单、体积小、使用方便、集成度高、成本低 等优点。多通道光子计数与控制模块中的光子计数与控制模块的一种具体实现为采用 Altera公司的现场可编程逻辑器件(FPGA) EP3C25Q240C8，该芯片包含24624个LE，596kB 的嵌入式存储器，4个独立PLL，外部时钟选用40MHz有源晶振。所需的6个计数器(计数 器IA 计数器3A、计数器IB 计数器3B)、3个累加模块(累加模块1 累加模块3)、3个数据存储模块(数据存储模块ι 数据存储模块3)、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、3个缓冲存储模块(缓冲存储模块1 缓冲存储模块3)均在 FPGA内部实现，使系统具有更高的集成度。多通道光子计数与控制模块中的接口模块的一种具体实现为采用PCI接口方式。 可选用美国PLX公司的PCI9054桥接芯片，该芯片符合PCI规范2. 2版本。采用PCI9054 的C模块工作方式，本地总线设计为数据地址非复用，在多通道光子计数与控制模块中的 主芯片FPGA中设计PCI9054的本地控制逻辑信号，实现缓冲寄存器和命令状态寄存器通过 PCI9054与系统控制与数据处理模块之间的双向通信。系统控制与数据处理模块的一种具体实施方式
为采用VC++编程实现，通过驱动 实现对多通道光子计数与控制模块的完全控制。同步触发模块的一种具体实施方式
为采用高速PIN光电二极管。光电二极管接收 激光器发出的激光脉冲产生同步触发信号。其工作过程 第1步系统控制与数据处理模块通过接口模块给时序控制模块设定采集参数； 所述采集参数包括但不限于距离分辨率、探测高度层数、采集脉冲数M(M为正整数)、缓存 更新频率K ；第2步系统控制与数据处理模块通过接口模块将控制命令发送给时序控制模 块；所述控制命令为控制激光器和集成光电探测模块MP944开启与关闭的控制命令；第3步时序控制模块控制激光器和集成光电探测模块MP944开始工作，激光器发 射激光脉冲，集成光电探测模块MP944接收外围设备接收光学模块输出的大气分子高低量 子数转动拉曼(Raman)光谱两路回波信号和气溶胶米(Mie)散射一路回波信号，并分别对 其进行光电转换后，将电脉冲信号输出至光子计数与控制模块；第4步激光器发射的激光脉冲触发同步触发模块输出同步触发信号，并输出至 触发信号控制模块；第5步触发信号控制模块接收到同步触发信号后，判断前一次计数工作是否完 成；如果完成，则向触发信号计数模块和时序控制模块发送“开始采集”信号，开始一个脉冲 采集周期；否则，忽略该同步触发信号；第6步触发信号计数模块接收到的“开始采集”信号后，在时序控制模块的控制 下对输入的“开始采集”信号进行计数，其个数用m(m为正整数)表示，并将该结果发送至 时序控制模块；触发信号计数模块记录的“开始采集”信号的数量m代表脉冲采集周期数。第7步时序控制模块接收到脉冲采集周期数m后，将其通过接口模块发送至系统 控制与数据处理模块，并判断m-Ι的值是否与第1步设置的采集脉冲数M相等，如果相等， 则时序控制模块给计数器、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、地址产生模块、缓冲存储模块发送停止工作信号，结束本次探测；判断m/K得到的余数 是否为零或者m的值是否与第1步设置的采集脉冲数M相等，如果m/K得到的余数为零或 者m的值与第1步设置的采集脉冲数M相等，设置缓存更新标志为1，否则，设置缓存更新标 志为0 O第8步在第5步操作的基础上，时序控制模块接收到“开始采集”信号后，根据第 1步中设定的距离分辨率产生计数门宽时间信号，在该信号的奇数门宽时间内计数器IA 计数器3A对输入的电脉冲信号计数，在偶数门宽时间内时序控制模块启动计数器IB 计 数器3B对输入的电脉冲信号计数；并且计数器IA 计数器3A，计数器IB 计数器3B计 满一个门宽时间后，将计数值IA 计数值3A或计数值IB 计数值3B分别发送至分别累 加模块1 累加模块3，并将该计数器清零，同时时序控制模块发送读指令到数据存储模块 1 数据存储模块3，数据存储模块1 数据存储模块3根据该读指令分别将存储的总计数 值IA 总计数值3A或总计数值IB 总计数值3B发送到累加模块1 累加模块3，累加模 块i (O < i < 3，i为正整数)将计数值iA、总计数值iA或计数值iB和总计数值iB累加 后，重新存储到数据存储模块i。如果此时缓存更新标志为1，将数据存储模块i的数据发 送至缓冲存储模块i。每次存储后，统计门宽时间的数量并判断其是否等于探测高度层数； 如果相等，则完成一个脉冲采集周期，返回到第5步。第9步系统控制与数据处理模块从缓冲存储模块1 缓冲存储模块3读取IA 总计数值3A、总计数值IB 总计数值3B，并进行处理，即可得到需要探测的大气温度及气 溶胶分布。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，或者对其中部分技术特征进 行等同替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
权利要求
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，所述控制命令包括但不限于开始工作、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累加一个脉冲采集周期内计数器1A、计数器1B采集的电脉冲信号的总数并发送给数据存储模块1；累加模块2累加计数器2A、计数器2B采集的电脉冲信号的总数并发送给数据存储模块2；以此类推，累加模块n分别累加计数器nA、计数器nB采集的电脉冲信号的总数并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；所述采集参数包括但不限于距离分辨率、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；其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。
2.如权利要求1所述的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 于其工作过程第1步系统控制与数据处理模块通过接口模块给时序控制模块设定采集参数；所述 采集参数包括但不限于距离分辨率、探测高度层数、采集脉冲数M、缓存更新频率K ；其中， M为正整数；第2步系统控制与数据处理模块通过接口模块将控制命令发送给时序控制模块；所 述控制命令为控制激光器和集成光电探测模块开启与关闭的控制命令；第3步时序控制模块控制激光器和集成光电探测模块开始工作，激光器发射激光脉 冲，集成光电探测模块接收外围设备接收光学模块输出的回波光信号，并对其进行光电转 换后，将电脉冲信号输出至光子计数与控制模块；第4步激光器发射的激光脉冲触发同步触发模块输出同步触发信号，并输出至触发 信号控制模块；第5步触发信号控制模块接收到同步触发信号后，判断前一次计数工作是否完成；如 果完成，则向触发信号计数模块和时序控制模块发送“开始采集”信号，开始一个脉冲采集 周期；否则，忽略该同步触发信号；第6步触发信号计数模块接收到的“开始采集”信号后，在时序控制模块的控制下对 输入的“开始采集”信号进行计数，其个数用m表示，其中，m为正整数，并将该结果发送至时 序控制模块；触发信号计数模块记录的“开始采集”信号的数量m代表脉冲采集周期数；第7步时序控制模块接收到脉冲采集周期数m后，将其通过接口模块发送至系统控制 与数据处理模块，并判断m-1的值是否与第1步设置的采集脉冲数M相等，如果相等，则时 序控制模块给计数器、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、地 址产生模块、缓冲存储模块发送停止工作信号，结束本次探测；判断m/K得到的余数是否为零或者m的值是否与第1步设置的采集脉冲数M相等，如果m/K得到的余数为零或者m的 值与第1步设置的采集脉冲数M相等，设置缓存更新标志为1，否则，设置缓存更新标志为0；第8步在第5步操作的基础上，时序控制模块接收到“开始采集”信号后，根据第1步中设定的距离分辨率产生计数门宽时间信号，在该信号的奇数门宽时间内计数器IA 计 数器nA对输入的电脉冲信号计数，在偶数门宽时间内时序控制模块启动计数器IB 计数 器nB对输入的电脉冲信号计数；并且计数器IA 计数器ηΑ，计数器IB 计数器ηΒ计满一 个门宽时间后，将计数值IA 计数值ηΑ或计数值IB 计数值ηΒ分别发送至分别累加模 块1 累加模块η，并将该计数器清零，同时时序控制模块发送读指令到数据存储模块1 数据存储模块η，数据存储模块1 数据存储模块η根据该读指令分别将存储的总计数值 IA 总计数值ηΑ或总计数值IB 总计数值ηΒ发送到累加模块1 累加模块η，累加模块 i将计数值iA、总计数值iA或计数值iB和总计数值iB累加后，重新存储到数据存储模块1；如果此时缓存更新标志为1，将数据存储模块i的数据发送至缓冲存储模块i ；每次存储 后，统计门宽时间的数量并判断其是否等于探测高度层数；如果相等，则完成一个脉冲采集 周期，返回到第5步；第9步系统控制与数据处理模块从缓冲存储模块1 缓冲存储模块η读取IA 总计 数值ηΑ、总计数值IB 总计数值ηΒ，并进行处理，即可得到需要探测的大气参数。
全文摘要
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。
文档编号G01S17/95GK101866007SQ20101020936
公开日2010年10月20日 申请日期2010年6月25日 优先权日2010年6月25日
发明者孔卫国, 康键, 张寅超, 陈和, 陈思颖 申请人:北京理工大学