用于激光测距中的全数字时间间隔测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于激光测距中的全数字时间间隔测量系统，涉及时间间隔测量技术。本系统包括参考时钟模块（100）、待测时间间隔产生模块（200）、相位重合检测模块（300）、边沿检测模块（400）、计数器模块（500）和数据处理模块（600）。本发明专利技术的各个模块是由FPGA芯片上产生，由Verilog HDL硬件描述语言编程实现；本发明专利技术的基于FPGA的高速数字逻辑电路，可以直接与激光系统中其他小系统直接集成、通信等；本发明专利技术的参考时钟模块是频率较稳定，减少测量误差；本发明专利技术的可移植性较强，通过简单的参数改变，就可以移植到其他地震仪器中精密时间间隔测量系统中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及时间间隔测量技术，尤其涉及一种用于激光测距中的全数字时间间隔测量系统，即测量激光光脉冲的飞行往返时间的时间间隔。
技术介绍
为了测得地面到卫星之间的距离,通过采样测量激光脉冲在地面到卫星之间飞行的往返时间间隔的方法来完成。所测的间隔乘以光速的二分之一就是地面上该点到卫星的距离。一般常见的激光测距系统中的测量脉冲激光飞行时间间隔测量方法是用采样集成TDC(时间数字转换器)芯片和FPGA(Field-Programmable GateArray，现场可编程门阵列)相结合来实现的，此方法造成了硬件结构较为复杂，且系统成本较高。使用FPGA芯片直接构建测量脉冲激光往返飞行时间间隔系统，既可降低设计难度与复杂度又能减少设计成本和缩短开发周期。此外,全数字化是激光测距的发展目标之一，基于FPGA实现一种用于激光测距中的测量激光光脉冲的飞行往返时间的时间间隔测量系统是比较好的途径。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于克服现有技术存在的上述缺点和不足，提供一种用于激光测距中的全数字时间间隔测量系统。本专利技术的目的是这样实现的：在FPGA芯片上，通过使用Verilog HDL硬件描述语言来编程实现能够测量起始、停止事件发生时刻的全数字系统。具体地说，本系统包括参考时钟模块、待测时间间隔产生模块、相位重合检测模块、边沿检测模块、计数器模块和数据处理模块；其连接关系是：外部输入信号有Rst：复位信号、Inclk：外部时钟源、Start：激光发射时
刻、Stop：激光反射到系统时刻；参考时钟模块的输出c0、c1、c2，其中：c0连接待测时间间隔产生模块的输入和计数器模块的第1计数器的时钟输入，c1连接计数器模块的第2计数器和第4计数器时钟输入、相位重合检测模块的输入，c2连接计数器模块的第3计数器和第5计数器时钟输入、相位重合检测模块的输入；待测时间间隔产生模块的输出gate、fine_f、fine_l，其中gate输出连接到计数器模块的第1计数器的计数使能输入，fine_f输出连接到边沿检测模块的前段短时间边沿检测的输入，fine_l输出连接到边沿检测模块的前段短时间边沿检测的输入；相位重合检测模块的前段相位重合检测输出连接到边沿检测模块的前段短时间边沿检测的输入，相位重合检测模块的前段相位重合检测输出连接到边沿检测模块的后段短时间边沿检测的输入；边沿检测模块的前段短时间边沿检测的输出f_p、f_n，其中输出f_p连接到计数器模块的第2计数器计数使能输入和相位重合检测模块的前段相位重合检测输入，输出f_n连接到计数器模块的第3计数器计数使能输入和相位重合检测模块的前段相位重合检测输入；边沿检测模块的前段短时间边沿检测的输出l_p、l_n，其中输出l_p连接到计数器模块的第4计数器计数使能输入和相位重合检测模块的后段相位重合检测输入，输出f_n连接到计数器模块的第5计数器计数使能输入和相位重合检测模块的后段相位重合检测输入；计数器模块的5个输出n1、n2、n3、n4、n5，其中输出n1连接到数据处理模块中的M1乘法器，输出n2连接到数据处理模块中的M2乘法器，输出n3连接到数据处理模块中的M3乘法器，输出n4连接到数据处理模块中的M4乘法器，输出n5连接到数据处理模块中的M5乘法器。本专利技术具有下列优点和积极效果：①本专利技术的各个模块是由FPGA芯片上产生，由Verilog HDL硬件描述语言编程实现；②本专利技术的基于FPGA的高速数字逻辑电路，可以直接与激光系统中其他小系统直接集成、通信等；③本专利技术的参考时钟模块是由PLL的IP核直接构造的，产生的C0、C1、C2参考时钟，频率较稳定，减少测量误差。④本专利技术的时间间隔测量系统的可移植性较强，通过简单的参数改变，就可以移植到其他地震仪器中精密时间间隔测量系统中。附图说明图1是本系统的结构方框图；图2是待测时间间隔产生模块的电路原理图；图3是相位重合检测模块的电路原理图；图4是边沿检测电路原理图；图5是计数器模块内部结构图；图6是数据处理模块内部结构图；图7是本系统的起始信号和停止信号两事件时间间隔时序原理图；图8是本系统的短时间间隔(f_f、f_l)测量时序原理图。图中：100—参考时钟模块；200—待测时间间隔产生模块，201—D1触发器，202—D2触发器，203—D3触发器，204—&1与门，205—&2与门，206—&3与门，207—F1非门，208—F2非门，209—F3非门；300—相位重合检测模块，310—前段相位重合检测，311—&4与门，312—&5与门，313—D4触发器，314—D5触发器，315—&6与门，316—F4非门，320—后段相位重合检测，321—&7与门，322—&8与门，323—D6触发器，324—D7触发器，325—&9与门，326—F5非门；400—边沿检测模块，410—前段短时间边沿检测，411—F6非门，412—D8触发器，413—D9触发器，414—F7非门，420—后段短时间边沿检测，421—F8非门，422—D10触发器，423—D11触发器，424—F9非门；500—计数器模块，501—第1计数器，502—第2计数器，503—第3计数器，504—第4计数器，505—第5计数器；600—数据处理模块，601—M1乘法器，602—M2乘法器，603—M3乘法器，604—M4乘法器，605—M5乘法器，606—S1加法器，607—S2加法器，608—S3加法器，609—S4加法器。具体实施方式下面结合附图和实施例详细说明：一、结构1、总体如图1，本系统包括参考时钟模块100、待测时间间隔产生模块200、相位重合检测模块300、边沿检测模块400、计数器模块500和数据处理模块600；其连接关系是：外部输入信号有Rst：复位信号、Inclk：外部时钟源、Start：激光发射时刻、Stop：激光反射到系统时刻；参考时钟模块100的输出c0、c1、c2，其中：c0连接待测时间间隔产生模块200的输入和计数器模块500的第1计数器501的时钟输入，c1连接计数器模块500的第2计数器502和第4计数器504时钟输入、相位重合检测模块300的输入，c2连接计数器模块500的第3计数器503和第5计数器505时钟输入、相位重合检测模块300的输入；待测时间间隔产生模块200的输出gate、fine_f、fine_l，其中gate输出连接到计数器模块500的第1计数器501的计数使能输入，fine_f输出连接到边沿检测模块400的前段短时间边沿检测410的输入，fine_l输出连接到边沿检测模块400的前段短时间边沿检测420的输入；相位重合检测模块300的前段相位重合检测310输出连接到边沿检测模块400的前段短时间边沿检测410的输入，相位重合检测模块300的前段相位重合
检测320输出连接到边沿检测模块400的后段短时间边沿检测420的输入；边沿检测模块400的前段短时间边沿检测410的输出f_p、f_n，其中输出f_p连接到计数器模块500的第2计数器502计数使能输入和相位重合检测模块300的前段相位重合检测310输入，输出f_n本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于激光测距中的全数字时间间隔测量系统，其特征在于：包括参考时钟模块（100）、待测时间间隔产生模块（200）、相位重合检测模块（300）、边沿检测模块（400）、计数器模块（500）和数据处理模块（600）；其连接关系是：外部输入信号有Rst：复位信号、Inclk：外部时钟源、Start：激光发射时刻、Stop：激光反射到系统时刻；参考时钟模块（100）的输出c0、c1、c2，其中：c0连接待测时间间隔产生模块（200）的输入和计数器模块（500）的第1计数器（501）的时钟输入，c1连接计数器模块（500）的第2计数器（502）和第4计数器（504）时钟输入、相位重合检测模块（300）的输入，c2连接计数器模块（500）的第3计数器（503）和第5计数器（505）时钟输入、相位重合检测模块（300）的输入；待测时间间隔产生模块（200）的输出gate、fine_f、fine_l，其中gate输出连接到计数器模块（500）的第1计数器501的计数使能输入，fine_f输出连接到边沿检测模块（400）的前段短时间边沿检测（410）的输入，fine_l输出连接到边沿检测模块（400）的前段短时间边沿检测（420）的输入；相位重合检测模块（300）的前段相位重合检测310输出连接到边沿检测模块（400）的前段短时间边沿检测（410）的输入，相位重合检测模块（300）的前段相位重合检测（320）输出连接到边沿检测模块400的后段短时间边沿检测（420）的输入；边沿检测模块（400）的前段短时间边沿检测410的输出f_p、f_n，其中输出f_p连接到计数器模块（500）的第2计数器（502）计数使能输入和相位重合检测模块（300）的前段相位重合检测（310）输入，输出f_n连接到计数器模块（500）的第3计数器（503）计数使能输入和相位重合检测模块（300）的前段相位重合检测（310）输入；边沿检测模块（400）的前段短时间边沿检测（420）的输出l_p、l_n，其中输出l_p连接到计数器模块（500）的第4计数器（504）计数使能输入和相位重合检测模块（300）的后段相位重合检测（320）输入，输出f_n连接到计数器模块（500）的第5计数器（505）计数使能输入和相位重合检测模块（300）的后段相位重合检测（320）输入；计数器模块（500）的5个输出n1、n2、n3、n4、n5，其中输出n1连接到数据处理模块（600）中的M1乘法器（601），输出n2连接到数据处理模块（600）中的M2乘法器（602），输出n3连接到数据处理模块（600）中的M3乘法器（603），输出n4连接到数据处理模块（600）中的M4乘法器（604），输出n5连接到数据处理模块（600）中的M5乘法器（605）。...

【技术特征摘要】
1.一种用于激光测距中的全数字时间间隔测量系统，其特征在于：包括参考时钟模块（100）、待测时间间隔产生模块（200）、相位重合检测模块（300）、边沿检测模块（400）、计数器模块（500）和数据处理模块（600）；其连接关系是：外部输入信号有Rst：复位信号、Inclk：外部时钟源、Start：激光发射时刻、Stop：激光反射到系统时刻；参考时钟模块（100）的输出c0、c1、c2，其中：c0连接待测时间间隔产生模块（200）的输入和计数器模块（500）的第1计数器（501）的时钟输入，c1连接计数器模块（500）的第2计数器（502）和第4计数器（504）时钟输入、相位重合检测模块（300）的输入，c2连接计数器模块（500）的第3计数器（503）和第5计数器（505）时钟输入、相位重合检测模块（300）的输入；待测时间间隔产生模块（200）的输出gate、fine_f、fine_l，其中gate输出连接到计数器模块（500）的第1计数器501的计数使能输入，fine_f输出连接到边沿检测模块（400）的前段短时间边沿检测（410）的输入，fine_l输出连接到边沿检测模块（400）的前段短时间边沿检测（420）的输入；相位重合检测模块（300）的前段相位重合检测310输出连接到边沿检测模块（400）的前段短时间边沿检测（410）的输入，相位重合检测模块（300）的前段相位重合检测（320）输出连接到边沿检测模块400的后段短时间边沿检测（420）的输入；边沿检测模块（400）的前段短时间边沿检测410的输出f_p、f_n，其中输出f_p连接到计数器模块（500）的第2计数器（502）计数使能输入和相位重合检测模块（300）的前段相位重合检测（310）输入，输出f_n连接到计数器模块（500）的第3计数器（503）计数使能输入和相位重合检测模块（300）的前段相位重合检测（310）输入；边沿检测模块（400）的前段短时间边沿检测（420）的输出l_p、l_n，其中输出l_p连接到计数器模块（500）的第4计数器（504）计数使能输入和相位重合检测模块（300）的后段相位重合检测（320）输入，输出f_n连接到计数器模块（500）的第5计数器（505）计数使能输入和相位重合检测模块（300）的后段相位重合检测（320）输入；计数器模块（500）的5个输出n1、n2、n3、n4、n5，其中输出n1连接到数据处理模块（600）中的M1乘法器（601），输出n2连接到数据处理模块（600）中的M2乘法...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭唐永，王磊，陈志高，欧同庚，林强，李世鹏，王吕梁，李震，
申请(专利权)人：中国地震局地震研究所，武汉地震科学仪器研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42