一种激光帧测距方法技术

本发明专利技术公开了一种激光帧测距方法，前级光电转换模块将激光信号转换成电信号，再经过锁相环恢复出时钟和并行数据，利用帧同步模块根据同步头对并行数据进行帧同步，产生帧头同步判决脉冲和同步时延，测距帧信息处理模块从帧数据中心提取出测距信息，再利用时钟相位计算模块计算出恢复时钟和本地时钟相位差，在同步判决脉冲到达后，根据相位差与同步时延计算得到高精度接收时刻。本发明专利技术的一种激光测距方法，无需使用高精度ADC和DDS，实现简单，成本低。低。低。

【技术实现步骤摘要】
一种激光帧测距方法


[0001]本专利技术涉及激光领域，尤其涉及一种激光帧测距方法。

技术介绍

[0002]激光测距是利用激光特征(如脉冲、相位等)进行距离测量的方法，在卫星间和星地间被广泛使用。随着星间组网、卫星导航技术的迅猛发展，单一测距方法无法满足日益增长的通信和测距需求。激光的高速通信解决了组网卫星间的通信速率瓶颈，基于激光通信信号实现的高精度测距性能对卫星的定位或导航定位系统有着重大意义。
[0003]在现有的研究文献中，很多都是采用双向单程测距原理来实现两终端之间距离测量。孙建锋在“高速率激光通信方法和高精度激光测距一体化方法”，2019
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01中采用测距码和时钟相位差的方式实现粗测距和精测距，但其接收测距码需和本地测距码进行相关运算，复杂度较高。Funan Zhu在“Inter
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satellite laser
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ranging based on intradyne coherent detection”，2021:8930
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8938中同样采用粗测距和精测距，其采用高速ADC进行采样，并使用DDS(Direct Digital Synthesis)技术对比本地时钟和恢复时钟相位差实现精测距，其实现成本高。

技术实现思路

[0004]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是现有的激光通信和测距一体化技术成本高、操作复杂，不易推广和实现。因此，本专利技术提供了一种激光测距方法，利用帧同步、测距帧信息处理和时钟相位计算模块，通过帧同步模块恢复出通信数据，通信数据传到测距帧信息处理模块对测距信息进行提取，得到粗测距值，时钟相位计算模块计算出本地时钟和恢复时钟相位差，得到精确测距值，无需使用高精度ADC和DDS，实现简单，成本低。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种激光帧测距方法，前级光电转换模块将激光信号转换成电信号，再经过锁相环恢复出时钟和并行数据，利用帧同步模块根据同步头对并行数据进行帧同步，产生帧头同步判决脉冲和同步时延，测距帧信息处理模块从帧数据中心提取出发送时刻的测距信息，再利用时钟相位计算模块计算出恢复时钟和本地时钟相位差，在同步判决脉冲到达后，根据相位差与同步时延计算得到高精度接收时刻，数据交互模块接收发送时刻与接收时刻，计算测距值，并交由后级上位机作进一步处理。
[0006]进一步地，帧同步模块根据帧头进行移位同步，在识别到帧头之后，对并行数据进行帧对齐，产生同步判决脉冲以及同步时延，发送到时钟相位计算模块，其中同步判决脉冲作为触发信号，同步时延用以补偿同步模块造成的误差。
[0007]进一步地，测距信息包括秒计数和测距帧发送时刻，测距帧处理模块从测距帧中提取秒计数、处理时延、对端的本地测距值，将这些数据作为对端发送时刻发送给数据交互模块。
[0008]进一步地，时钟相位计算模块通过与本地时钟对齐的高频时钟计数器来对比本地
时钟和恢复时钟，进行相位差计算。
[0009]进一步地，高频时钟计数器包括帧计数和相位计数，帧计数由SERDES模块的TX时钟驱动，相位计数包括若干个子计数器，每个子计数器在TX时钟m倍频之下工作，每个子计数器的工作时钟存在相等相位差。
[0010]进一步地，每个子计数器都存在于每个子时钟下，通过循环移位寄存器的方式实现计数。
[0011]进一步地，在待测时钟的每个上升沿，通过打拍的方式，将已经过格雷编码的帧计数值与子时钟计数值打拍至待测时钟的时钟域下，再进行格雷码解码，然后在待测时钟域下进行相位计数值的计算，求取相位计数值均值，并通过相位计数值修正帧计数值。
[0012]进一步地，相位计数值包括若干个子计数器计数值求累加之和，通过至少两路累加器交替调用，消除累加和归零误差。
[0013]进一步地，帧计数值和相位计数值包括以下三种关系：相位计数归零与帧计数自增基本同步、相位计数归零滞后于帧计数自增、相位计数归零超前于帧计数自增。
[0014]进一步地，接收时刻通过帧计数与相位计数计算获得，接收时刻数值需要根据上述三种情况进行修正。
[0015]技术效果
[0016]本专利技术的一种激光帧测距方法，使用通信帧负载测距信息、开销小，无需针对测距改变通信帧结构，时钟相位计算实现简单，无需进行频域转换，全程在电域实现，无需改变光域结构，测距结果精确且成本低。
[0017]以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。
附图说明
[0018]图1是本专利技术的一个较佳实施例的一种激光帧测距方法的示意图；
[0019]图2是本专利技术的一个较佳实施例的一种激光帧测距方法的简易测距流程示意图。
[0020]图3是本专利技术的一个较佳实施例的一种激光帧测距方法的接收端简易测距时序图。
[0021]图4是本专利技术的一个较佳实施例的一种激光帧测距方法的时钟相位计算模块结构图。
[0022]图5是本专利技术的一个较佳实施例的一种激光帧测距方法的锁相环时钟生成的简易时序图。
[0023]图6是本专利技术的一个较佳实施例的一种激光帧测距方法的相位时钟简易时序图。
[0024]图7是本专利技术的一个较佳实施例的一种激光帧测距方法的相位计数超前帧计数的简易时序图。
[0025]图8是本专利技术的一个较佳实施例的一种激光帧测距方法的相位计数延后帧计数的简易时序图。
具体实施方式
[0026]为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结
合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0027]以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定内部程序、技术之类的具体细节，以便透彻理解本专利技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本专利技术。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本专利技术的描述。
[0028]如图1所示，本专利技术提功率一种激光帧测距方法，前级光电转换模块将激光信号转换成电信号，再经过锁相环恢复出时钟和并行数据，利用帧同步模块根据同步头对并行数据进行帧同步，产生帧头同步判决脉冲，以及同步时延，测距帧信息处理模块从帧数据中心提取出测距信息，再利用时钟相位计算模块计算出恢复时钟和本地时钟相位差，在同步判决脉冲到达后，根据相位差与同步时延计算得到高精度接收时刻。
[0029]本专利技术实施例提供了一种激光帧测距方法，本实施例中将以双向单程测距试验来说明本专利技术提供的一种激光帧测距方法的具体过程和原理，双向单程测距流程中，激光终端A发送、激光终端B接收的测距流程，与激光终端A接收、激光终端B发送的测距流程相同，此处以终端A发送，终端B接收为例，测距过程如图2所示。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光帧测距方法，其特征在于，前级光电转换模块将激光信号转换成电信号，再经过锁相环恢复出时钟和并行数据，利用帧同步模块根据同步头对所述并行数据进行帧同步，产生帧头同步判决脉冲和同步时延，测距帧信息处理模块从帧数据中心提取出发送时刻的测距信息，再利用时钟相位计算模块计算出恢复时钟和本地时钟相位差，在同步判决脉冲到达后，根据相位差与同步时延计算得到高精度的接收时刻，数据交互模块接收所述发送时刻与所述接收时刻，计算测距值，并交由后级上位机作进一步处理。2.如权利要求1所述的一种激光帧测距方法，其特征在于，所述帧同步模块根据帧头进行移位同步，在识别到帧头之后，对并行数据进行帧对齐，并产生同步判决脉冲以及同步时延，发送到时钟相位计算模块，其中同步判决脉冲作为触发信号，同步时延用以补偿同步模块造成的误差。3.如权利要求1所述的一种激光帧测距方法，其特征在于，所述测距信息包括秒计数和测距帧发送时刻，所述测距帧处理模块从测距帧中提取秒计数、处理时延、对端的本地测距值，将这些数据作为对端发送时刻发送给数据交互模块。4.如权利要求1所述的一种激光帧测距方法，其特征在于，所述时钟相位计算模块通过与本地时钟对齐的高频时钟计数器来对比本地时钟和恢复时钟，进行相位差计算。5.如权利要求4所述的一种激光帧测距方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈健，赵永成，龚乐为，周力，曲元哲，张俊杰，曹炳尧，宋英雄，张倩武，李迎春，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：