基于FPGA-ARM嵌入式系统的R-LATs系统移动端信号处理方法技术方案

本发明专利技术提供基于FPGA‑ARM嵌入式系统的R‑LATs系统移动端信号处理方法，设计合理，信号误差小，光电传感器信号处理计算实时性和准确性高。其包括，信号的识别与提取；对每个脉冲序列进行细分，实时记录下每个脉冲上升沿时刻值和脉宽大小；通过FPGA中并行设置的多个线程，根据记录的每个脉冲上升沿时刻值和脉宽大小，分别对多个经纬仪发出的平面脉冲信号进行溯源，对不同目标激光经纬仪脉冲信号的特征信息进行并行地识别与提取；每一条线程仅对一台经纬仪发出的平面脉冲信号进行溯源；信号的计算与处理；通过ARM接收由FPGA识别和提取的特征信息，计算出光平面扫描到传感器中心时的时刻值；然后，根据对应的标志信号，将扫描时刻值放入不同的数组中用于后续处理。

Signal Processing Method of R-LATs System Mobile Terminal Based on FPGA-ARM Embedded System

【技术实现步骤摘要】
基于FPGA-ARM嵌入式系统的R-LATs系统移动端信号处理方法
本专利技术属于大尺寸空间测量领域，涉及大规模旋转激光经纬仪测量网络(R-LATs)组网测量，具体为基于FPGA-ARM嵌入式系统的R-LATs系统移动端信号处理方法。
技术介绍
旋转激光经纬仪网络(R-LATs)是大尺寸空间测量的一种重要方法，通过合理的布站，可以实现任意尺寸的测量空间扩展，其测量精度能够保持在±0.2mm，目前广泛的应用于飞机制造、船舶制造、大型天线制造等航空航天与军事领域。在R-LATs工作中，每一台旋转激光经纬仪发出两个具有夹角的扇形平面光，并按照指定速度匀速回转，同时，在每一回转角度的零点发出一覆盖全空间的脉冲光。如此，这三个光平面扫过空间中的一个光电传感器P，使之得到三个时间触发信号。这时，基于这三个时间信号和旋转激光经纬仪的转速，可以确定出空间内的唯一一条射线L，其通过旋转激光经纬仪激光面发射中心点O和光电传感器P。如此，当有两台以上旋转激光经纬仪时，它们的空间直线L在空间交汇于一点，即为传感器P的空间位置点。因此，在旋转激光经纬仪的空间相对位置确定后，即可实现大尺寸空间内光电传感器的坐标测量。为满足大空间范围测量，需在空间内放置数十台旋转激光经纬仪装置，固定于测量对象上的光电传感器接受各装置出射的激光平面信号，并进行信号特征识别与提取。每台旋转激光经纬仪装置转速不同，以确保光电传感器能根对每个脉冲对应的经纬仪装置进行正确识别，从而实现R-LATs测量网络对空间中光电传感器坐标进行正确计算。旋转激光经纬仪数量越多，光电传感器需有效识别的光平面信号数量越多，这将大大增加光电传感器处理任务，光电传感器进行光平面信号识别任务复杂且繁重，造成R-LATs系统测量效率低下，基于光电传感器计算效率较低，准确率不高；同时不同发射机平面信号在传感器处重合的概率增加，光混叠现象严重，直接造成信号粗大误差增多。这对R-LATs测量网络实时性，准确性均有较大的影响。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供基于FPGA-ARM嵌入式系统的R-LATs系统移动端信号处理方法，设计合理，信号误差小，光电传感器信号处理计算实时性和准确性高。本专利技术是通过以下技术方案来实现：基于FPGA-ARM嵌入式系统的R-LATs系统移动端信号处理方法，包括，信号的识别与提取；对每个脉冲序列进行细分，实时记录下每个脉冲上升沿时刻值和脉宽大小；通过FPGA中并行设置的多个线程，根据记录的每个脉冲上升沿时刻值和脉宽大小，分别对多个经纬仪发出的平面脉冲信号进行溯源，对不同目标激光经纬仪脉冲信号的特征信息进行并行地识别与提取；每一条线程仅对一台经纬仪发出的平面脉冲信号进行溯源；信号的计算与处理；通过ARM接收由FPGA识别和提取的特征信息，计算出光平面扫描到传感器中心时的时刻值；然后，根据对应的标志信号，将扫描时刻值放入不同的数组中用于后续处理。优选的，对每个脉冲序列进行细分时，利用高频晶振信号提供的时钟来计数，将每个脉冲信号上升沿对应的时刻值以及每个脉冲信号脉宽对应的计数值作为有用的特征信息，将上升沿对应的时刻值保存至不少于3倍发射机数量的数组DATA[]中。优选的，FPGA中每一个线程按照如下步骤对一台经纬仪对应的脉冲信号进行溯源；步骤1，动态阶段识别；步骤1.1：将当前脉冲上升沿时刻值与细分时记录的时刻值对比进行信号溯源；步骤1.2：记录下溯源后脉冲的上升沿时刻值ris[i]、时间间隔真值ris[i]-ris[j]以及脉宽值，同时产生一个标志信号指明当前脉冲所属激光经纬仪序号；步骤2，确认是否进入准静态测量状态，若否，重复执行步骤1；若是，执行步骤3；步骤3，准静态阶段识别；步骤3.1：将当前脉冲上升沿时刻值与细分时记录的时刻值对比进行信号溯源；步骤3.2：记录下溯源后脉冲的上升沿时刻值ris[i]、时间间隔真值ris[i]-ris[j]以及脉宽值，并将其作为准静态测量阶段信号初值；步骤3.3：通过初值加上准静态阶段的待识别脉冲信号上升沿时间间隔特征，作为下一个待溯源脉冲出现的预测时刻，判断预测时刻是否存在脉冲，若存在，记录预测时刻脉冲上升沿时刻值并执行步骤3.4；若不存在返回步骤3.1；步骤3.4：判断预测时刻是否发生光混叠，若是执行步骤3.5；若否，则预测时刻对应脉冲溯源完成，执行步骤3.6；步骤3.5：利用周期特征进行混叠光信号特征重建；步骤3.6：记录上升沿时刻值、时间间隔真值以及脉宽值，同时产生一个标志信号指明当前脉冲所属激光经纬仪序号，并用该上升沿时刻值作为下一次判断的初值，同时返回步骤3.3。进一步，步骤1.1中，脉冲信号溯源方式如下：将实时获取的脉冲信号上升沿时刻值ris[i]与之前记录的时刻值依次进行比较：若存在一个时刻值ris[j]使得ris[j]+T-t-a<ris[i]<ris[j]+T+t+a，同时存在一个时刻值ris[k]使得ris[k]+T-t-a<ris[j]<ris[k]+T+t+a，即认为当前脉冲信号溯源完成；式中，T为经纬仪旋转周期，t值通过经纬仪旋转产生的系统误差，a值为待测物移动造成的时间间隔变化阈值大小。进一步，步骤3.1中，脉冲信号溯源方式如下：将实时获取的脉冲信号上升沿时刻值ris[i]与之前记录的时刻值依次进行比较：若存在一个时刻值ris[j]使得ris[j]+T-t<ris[i]<ris[j]+T+t，同时存在一个时刻值ris[k]使得ris[k]+T-t<ris[j]<ris[k]+T+t，即认为当前脉冲信号溯源完成；式中，T为经纬仪旋转周期，t值通过经纬仪旋转产生的系统误差。优选的，步骤3.4中，判断信号是否发生光混叠的方式如下：记录下该时刻脉冲的上升沿时刻值ris_x，并计算其时间间隔真值ris_x-ris[i]，此时进行判断：若ris_x-ris[i]<T-t，则判断其发生光重叠；式中，T为经纬仪旋转周期，t值通过经纬仪旋转产生的系统误差。优选的，步骤3.5中，进行光混叠信号重建方式如下：利用前3个时刻的时间间隔真值的均值T_a作为该时刻时间间隔值的预测值，ris[j]+T_a即为重建后的上升沿时刻值；利用前3个已溯源脉冲的脉宽值的均值作为当前脉冲的脉宽值，将其作为重建后的脉宽真值记录。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术基于FPGA-ARM嵌入式系统的R-LATs系统移动端信号处理方法，通过并行处理的方式，对光电传感器信号进行高精度的识别溯源，提高了系统测量的实时性以及系统的可扩展性。进一步的，溯源过程中将周期时间作为识别标志，动态阶段和准静态阶段采用不同的周期阈值，提高了系统的测量精度。进一步的，同时准静态阶段进行混叠光的识别和重建，保证了信号识别的准确性。附图说明图1为大规模R-LATs测量网工作示意图。图2为本专利技术实例中所述系统移动端信号处理方法流程图。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。本专利技术为基于FPGA-ARM嵌入式系统的R_LATs系统移动端信号处理方法，主要包括FPGA端信号的识别与提取以及ARM端对已识别信号的计算处理两个方面，具体的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于FPGA‑ARM嵌入式系统的R‑LATs系统移动端信号处理方法，其特征在于，包括，信号的识别与提取；对每个脉冲序列进行细分，实时记录下每个脉冲上升沿时刻值和脉宽大小；通过FPGA中并行设置的多个线程，根据记录的每个脉冲上升沿时刻值和脉宽大小，分别对多个经纬仪发出的平面脉冲信号进行溯源，对不同目标激光经纬仪脉冲信号的特征信息进行并行地识别与提取；每一条线程仅对一台经纬仪发出的平面脉冲信号进行溯源；信号的计算与处理；通过ARM接收由FPGA识别和提取的特征信息，计算出光平面扫描到传感器中心时的时刻值；然后，根据对应的标志信号，将扫描时刻值放入不同的数组中用于后续处理。

【技术特征摘要】
1.基于FPGA-ARM嵌入式系统的R-LATs系统移动端信号处理方法，其特征在于，包括，信号的识别与提取；对每个脉冲序列进行细分，实时记录下每个脉冲上升沿时刻值和脉宽大小；通过FPGA中并行设置的多个线程，根据记录的每个脉冲上升沿时刻值和脉宽大小，分别对多个经纬仪发出的平面脉冲信号进行溯源，对不同目标激光经纬仪脉冲信号的特征信息进行并行地识别与提取；每一条线程仅对一台经纬仪发出的平面脉冲信号进行溯源；信号的计算与处理；通过ARM接收由FPGA识别和提取的特征信息，计算出光平面扫描到传感器中心时的时刻值；然后，根据对应的标志信号，将扫描时刻值放入不同的数组中用于后续处理。2.根据权利要求1所述的基于FPGA-ARM嵌入式系统的R-LATs系统移动端信号处理方法，其特征在于，对每个脉冲序列进行细分时，利用高频晶振信号提供的时钟来计数，将每个脉冲信号上升沿对应的时刻值以及每个脉冲信号脉宽对应的计数值作为有用的特征信息，将上升沿对应的时刻值保存至不少于3倍发射机数量的数组DATA[]中。3.根据权利要求1所述的基于FPGA-ARM嵌入式系统的R-LATs系统移动端信号处理方法，其特征在于，FPGA中每一个线程按照如下步骤对一台经纬仪对应的脉冲信号进行溯源；步骤1，动态阶段识别；步骤1.1：将当前脉冲上升沿时刻值与细分时记录的时刻值对比进行信号溯源；步骤1.2：记录下溯源后脉冲的上升沿时刻值ris[i]、时间间隔真值ris[i]-ris[j]以及脉宽值，同时产生一个标志信号指明当前脉冲所属激光经纬仪序号；步骤2，确认是否进入准静态测量状态，若否，重复执行步骤1；若是，执行步骤3；步骤3，准静态阶段识别；步骤3.1：将当前脉冲上升沿时刻值与细分时记录的时刻值对比进行信号溯源；步骤3.2：记录下溯源后脉冲的上升沿时刻值ris[i]、时间间隔真值ris[i]-ris[j]以及脉宽值，并将其作为准静态测量阶段信号初值；步骤3.3：通过初值加上准静态阶段的待识别脉冲信号上升沿时间间隔特征，作为下一个待溯源脉冲出现的预测时刻，判断预测时刻是否存在脉冲，若存在，记录预测时刻脉冲上升沿时刻值并执行步骤3.4；若不存在返回步骤3.1；步骤3.4：判断预测时刻是否发生光混叠，若是执行步骤3.5；若否，则预测时刻对应脉冲溯源完成，执行步骤3.6；步骤3.5：利用周期特征进行混叠光...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾康，邵山，刘志刚，苏文军，柯健镪，孙庆龙，洪军，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61