【技术实现步骤摘要】
双飞秒激光测距系统数据处理平台硬件实现
本专利技术涉及信号处理及激光测距领域，具体涉及双飞秒激光测距系统数据处理平台硬件实现。
技术介绍
双飞秒激光测距具有测量精度高、更新速度快、测距范围大等优点，是一种实现绝对距离测量的技术。其主要应用于依赖高精度、高实时性距离测量的研究领域，例如卫星编队飞行、天基合成孔径成像、激光雷达等。双飞秒激光测距系统由三个主要部分组成，包括两个独立、自由运转的被动锁模飞秒激光器，光学互相关子系统，以及数据处理平台。此外，在星载平台上使用的激光测距系统有成本、尺寸和能量限制。现场可编程门阵列(FPGA)因其集成度高，体积小，并行度高，功耗低和可重配置等特点，成为数据处理平台硬件实现的较优选择。
技术实现思路
本专利技术针对双飞秒激光测距系统数据处理平台，提出了数据处理的FPGA硬件解决方案，功能是：实时处理采样信号，检测每个脉冲的峰值时刻，根据双飞秒激光测距原理计算距离，最后发送距离值。所有模块在FPGA平台上全硬件实现，硬件设计的最高工作频率为250MHz。
【技术保护点】
1.双飞秒激光测距系统数据处理平台，包括控制模块以及与所述控制模块连接的锁相环模块、动态阈值滤波模块、峰值检测模块、距离计算模块、通信接口模块，所述距离计算模块连接重复频率测量模块；用于实时处理采样信号，检测每个脉冲的峰值时刻，根据双飞秒激光测距原理计算距离，最后发送距离值，其特征在于，所述的峰值检测模块采用基于BFGS的峰值检测模块，采用BFGS-QN求解器在超短时间间隔内完成脉冲重构，采用迭代方法计算拟合参数，得到对应于脉冲峰值的中心时刻；/n所述基于BFGS的峰值检测模块的硬件结构包括：/n计算控制模块，,通过设计有限状态机来控制所有其他模块的执行顺序，调用片上BRA...
【技术特征摘要】
1.双飞秒激光测距系统数据处理平台，包括控制模块以及与所述控制模块连接的锁相环模块、动态阈值滤波模块、峰值检测模块、距离计算模块、通信接口模块，所述距离计算模块连接重复频率测量模块；用于实时处理采样信号，检测每个脉冲的峰值时刻，根据双飞秒激光测距原理计算距离，最后发送距离值，其特征在于，所述的峰值检测模块采用基于BFGS的峰值检测模块，采用BFGS-QN求解器在超短时间间隔内完成脉冲重构，采用迭代方法计算拟合参数，得到对应于脉冲峰值的中心时刻；
所述基于BFGS的峰值检测模块的硬件结构包括：
计算控制模块，,通过设计有限状态机来控制所有其他模块的执行顺序，调用片上BRAM来缓存模块间内部变量的计算结果并且将数据传输给相应的模块；
目标函数评估模块，计算超短激光脉冲包络重构过程中高斯拟合的误差函数；
步长计算模块，通过当前拟合参数向量、搜索方向和梯度确定在搜索方向上的步长；
梯度计算模块，计算当前目标函数的梯度，判断是否满足跳出条件并完成参数向量的更新；
矩阵更新模块，由BFGS校正公式更新海森矩阵的逆矩阵，结合目标函数梯度确定新的搜索方向。
2.根据权利要求1所述的双飞秒激光测距系统数据处理平台，其特征在于，所述的目标函数评估模块包括：
高斯函数值计算单元，并行计算单个脉冲包络的所有采样数据点的拟合值，使用单个脉冲上8个采样数据点进行高斯拟合，同时计算8组高斯函数值，计算结果存在RAM中；
误差函数计算单元，使用多路选择器依次选择拟合值和对应采样数据点的幅值流入减法器相减，得到二者的差值；深度流水结构的向量与向量乘法单元被用于平方和运算，最后结果经过平方根运算，得到误差函数值。
3.根据权利要求1所述的双飞秒激光测距系统数据处理平台，其特征在于，所述的基于BFGS的峰值检测模块，使用两个BFGS-QN求解器并行处理参考信号脉冲和目...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘强，姜宇，曹辉，宋有建，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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