FPGA在激光回波数据采集与实时传输系统中的应用

"该论文介绍了一种基于FPGA的激光回波数据采集与传输系统，旨在提高激光测距机的信噪比和作用距离。通过全波形高速采样技术，利用FPGA进行时序控制、数据采集和传输，结合AD采样芯片、FIFO存储器和RS232接口实现激光回波数据的实时处理和传输。系统设计包括状态机模块化，确保数据的准确性和实时性，并通过仿真实验验证了其功能。" 在激光测距技术中，传统的测距方法仅依赖于测量激光发射脉冲和接收到的回波之间的时间差来计算目标距离。然而，这种方法忽略了信号波形中携带的额外信息，限制了系统的信噪比和探测能力。为了克服这一问题，本文提出的系统采用全波形高速采样策略，对激光回波进行详细记录。这样，不仅可以获取目标距离，还可以进行幅度累加、自相关和互相关等处理，从而显著提升回波信号的信噪比，进而增加激光测距机的有效作用距离。 系统的核心是基于FPGA（Field-Programmable Gate Array）的架构，它负责整个系统的时序控制。FPGA是一种可重构的集成电路，能根据需求灵活配置，适合实现复杂的逻辑控制和数据处理。在本系统中，FPGA与多通道、高数据量、高速率的AD（Analog-to-Digital）采样芯片配合工作，实时接收并处理来自AD芯片的数字回波数据。 数据采集过程中，FPGA向AD转换器发送配置指令，同时接收并存储AD芯片产生的数字回波信号。这里采用了FIFO（First-In-First-Out）存储器，它是一种先进先出的数据缓冲机制，能有效解决数据采集速度与处理速度不匹配的问题。处理后的数据通过RS232接口总线发送至上位机，上位机进一步对数据进行深度分析和处理。 RS232是一种串行通信接口标准，尽管传输速率相对较慢，但因其稳定性好、兼容性强，常用于设备间的短距离通信。在本系统中，RS232用于实现实时传输激光回波数据到计算机，确保数据的完整性。 系统设计中，状态机是关键组件，它将各个模块协调起来，确保系统按照预设的流程运行。状态机的设计和实现使得系统能够在不同阶段执行相应的操作，如配置AD采样、数据缓存、处理和传输。 通过仿真实验，该系统展示了良好的逻辑准确性和实时性能，能满足激光回波波形实时采集与传输的基本需求。这为激光测距技术提供了新的解决方案，有望提高现有系统的探测能力和精度。论文作者吴洋等人指出，该系统尤其适用于需要进行复杂信号分析和处理的激光测距应用场景。