CN102096388A

CN102096388A - 基于距离选通的激光成像同步控制系统

Info

Publication number: CN102096388A
Application number: CN 201010598989
Authority: CN
Inventors: 杨金宝; 范松涛; 周燕
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Beijing Zhongke Shengshi Technology Co., Ltd
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2030-12-21
Also published as: CN102096388B

Abstract

本发明公开了一种基于距离选通的激光成像同步控制系统，该系统包括计算机软件界面、USB接口、微控制器、FPGA、外围电路、延时精调电路、PCB板和运算放大器，其中，从计算机软件界面发送出来的数据经USB接口传送至微控制器；微控制器将脉冲激光器和ICCD各自触发信号的频率、脉宽参数和这两路触发信号的延时和相互延时的控制参数传至FPGA；FPGA接收到这些控制参数后，产生触发脉冲激光器和ICCD的具有频率可调、脉宽可调、延时和交互延时可调(粗调)的两路TTL信号，这两路信号再经延时精调电路后实现延时和交互延时的精调，最终触发脉冲激光器和ICCD。利用本发明，达到能够灵活设置成像参数的目的，并且结构紧凑，便于搬运，使用方便，稳定性好。

Description

基于距离选通的激光成像同步控制系统

技术领域

本发明涉及基于距离选通激光成像技术领域，尤其涉及一种基于距离选通的激光成像同步控制系统，适用于在基于距离选通激光成像时对脉冲激光器和ICCD各自触发信号的频率、脉宽参数，以及这两路触发信号的延时和相互延时的控制参数，和脉冲激光器输出功率的控制参数、ICCD的增益控制参数等进行灵活调节的场合，尤其适用于需要对脉冲激光器的触发信号和ICCD的触发信号进行实时自动延时和相互延时(便于延时补偿)且延时步长可调的控制场合中。

背景技术

目前，基于距离选通激光成像技术广泛用于监视、侦察和安防领域，它主要是通过脉冲激光器和成像探测器之间的时序控制，根据不同探测距离上目标的反射信号到达接收器时的时间不同，从而决定不同的开启时间，使由被观察目标反射回来的脉冲信号刚好在ICCD相机选通工作的时间内到达相机并成像，因此可以有效的抑制背景光的后向散射，提高目标的工作距离和成像质量。

基于距离选通激光成像技术成像质量的好坏与脉冲激光器及ICCD各自触发信号的频率、脉宽参数，以及这两路触发信号的延时及相互延时的控制参数，和脉冲激光器输出功率的控制参数、ICCD的增益控制参数等有关。对这几个参数的合理精确控制往往决定了成像质量的好坏。目前基于距离选通激光成像技术的同步控制系统大多只能对这些参数进行一些简单的设置，灵活性差，稳定性难以保证，且不能实时设置，所以使用起来比较麻烦，对选通成像效果产生较大影响。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对上述现有技术存在的不足之处，本发明的主要目的在于提供一种基于距离选通的激光成像同步控制系统，以达到灵活设置成像参数的目的，并且结构紧凑，便于搬运，使用方便，稳定性好。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种基于距离选通的激光成像同步控制系统，该系统包括计算机软件界面1、USB接口2、微控制器3、FPGA4、外围电路5、延时精调电路6、PCB板7和运算放大器8，其中，从计算机软件界面1发送出来的数据经USB接口2传送至微控制器3；微控制器3将脉冲激光器和ICCD各自触发信号的频率、脉宽参数和这两路触发信号的延时和相互延时的控制参数传至FPGA4；FPGA4接收到这些控制参数后，产生触发脉冲激光器和ICCD的具有频率可调、脉宽可调、延时和交互延时可调(粗调)的两路TTL信号，这两路信号再经延时精调电路6后实现延时和交互延时的精调，最终触发脉冲激光器和ICCD。

上述方案中，所述计算机软件界面1是安装在windows 2000及以上系统的环境下的软件操作界面，从计算机软件界面1发送出来的数据包括：脉冲激光器和ICCD各自触发信号的频率、脉宽参数，这两路触发信号的延时和相互延时的控制参数，脉冲激光器输出功率的控制参数和ICCD的增益控制参数。

上述方案中，所述微控制器3进一步根据脉冲激光器输出功率的控制参数和ICCD的增益控制参数确定激光器输出功率的控制信号和ICCD的增益控制信号，并将这些信号经内嵌或外置的数模转换器转化为模拟信号，再经运算放大器8放大后输出，从而分别控制脉冲激光器的输出功率和ICCD的增益。

上述方案中，所述微控制器3进一步将接收自USB接口2的数据传送至外围电路5进行显示以便操作人员实时观察。

上述方案中，所述FPGA4用于接收微控制器3传送过来的数据，将自身的系统时钟信号进行分频、脉宽和延时调节，从微控制器3传送过来的数据包含有脉冲激光器和ICCD各自触发信号的频率、脉宽参数，以及这两路触发信号的延时和相互延时的控制参数，FPGA4从这些信息中得到对FPGA4的系统时钟信号进行处理的分频系数、脉宽和交互延时信息，然后对分频系数计数器、脉宽计数器和延时计数器进行赋值，启动各自计数器，对系统时钟信号进行分频、脉宽和延时调节，处理后将这两路信号传至延时精调电路6，对这两路信号进行延时精调处理。

上述方案中，所述外围电路5包括液晶显示器和LED，液晶显示器显示当前的频率、脉宽和延时参数，LED显示当前同步控制系统的上电状态和延时或自动延时的切换状态。

上述方案中，所述延时精调电路6是由延时线和缓冲器构成，依延时线器件不同，延时线最大延时从48.75ns到520ns，延时步长从0.15ns到2ns；延时时间参数由FPGA4控制，缓冲器用于增强信号对负载的触发能力，方便对负载的触发。

上述方案中，所述运算放大器8用于将已经转化为模拟的脉冲激光器的输出功率控制信号和ICCD的增益控制信号进行放大处理，输出模拟电压，得到所要求的电压范围，从而分别控制脉冲激光器的输出功率和ICCD的增益。

上述方案中，该系统用于对触发脉冲激光器和ICCD的两路信号进行自动延时，并且根据延迟线器件的不同，延时精调步长从0.15ns到2ns可变。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、利用本发明，实现了对脉冲激光器和ICCD各自触发信号的频率、脉宽参数，以及这两路触发信号的延时和相互延时的控制参数，和脉冲激光器输出功率的控制参数、ICCD的增益控制参数等的实时调节，可以实时调节脉冲激光器和ICCD各自触发信号间的延时和每次延时的步长，并且能够实现相互延时，方便两路信号的延时补偿。另外还可以进行这两路信号的自动延时，便于观察选通成像时的切片现象。

2、利用本发明，可以在基于距离选通的激光成像过程中对脉冲激光器和ICCD各自触发信号的频率、脉宽参数，以及这两路触发信号的延时和相互延时的控制参数，和脉冲激光器输出功率的控制参数、ICCD的增益控制参数等进行自由的设置，操作方便，实时性好。

3、利用本发明，可以从LCD上很快看到基于距离选通的激光成像的技术参数，便于观察，人机接口好。同步控制系统电路集成在一块PCB板上，体积小，重量轻，方便搬运与安装在其他系统中，稳定性好，可长时间工作。

4、利用本发明，可以对成像参数进行精确设置。根据延时线器件的不同，延时线的延时步长可从0.15ns到2ns，延时线最大延时可以从48.75ns到520ns。可以对成像参数进行高精度的控制，提高成像质量与水平。

5、利用本发明，不仅可以对脉冲激光器的触发信号和ICCD的触发信号间的延时进行灵活设置，还能对这两路信号进行交互延时设置，即ICCD的触发信号不仅能够延迟于脉冲激光器的触发信号，脉冲激光器的触发信号也可以适当延迟于ICCD的触发信号，这样便于延时补偿。增强了延时调节的灵活性。另外，本发明还可以对两路信号进行自动延时，可以更加直观地观察到距离选通成像过程中的切片成像现象。

6、本发明另一优点是系统可编程。FPGA和微控制器模块都是可编程器件，不仅可以对成像控制信号进行编程设计，还可进行扩展设计。系统能重复使用，灵活性好。

附图说明

图1是本发明提供的基于距离选通的激光成像同步控制系统的结构示意图；

图2是脉冲激光器/ICCD触发信号产生示意图；

图3是延时原理示意图。

图中主要元件符号说明：

1计算机软件界面，2USB传输接口，3微控制器，4FPGA，5外围电路，6延时精调电路，7PCB板，8运算放大器，9脉冲激光器触发信号，10ICCD触发信号，11ICCD增益控制信号，12脉冲激光器功率控制信号。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，图1是本发明提供的基于距离选通的激光成像同步控制系统的结构示意图，该系统包括计算机软件界面1、USB接口2、微控制器3、FPGA4、外围电路5、延时精调电路6、PCB板7和运算放大器8，其中，从计算机软件界面1发送出来的数据经USB接口2传送至微控制器3；微控制器3将脉冲激光器和ICCD各自触发信号的频率、脉宽参数和这两路触发信号的延时和相互延时的控制参数传至FPGA4；FPGA4接收到这些控制参数后，产生触发脉冲激光器和ICCD的具有频率可调、脉宽可调和延时可调(粗调)的两路TTL信号，这两路信号再经延时精调电路6后实现延时和交互延时，最终触发脉冲激光器和ICCD。

计算机软件界面1是安装在windows 2000及以上系统的环境下的软件操作界面，从计算机软件界面1发送出来的数据包括：脉冲激光器和ICCD各自触发信号的频率、脉宽参数，这两路触发信号的延时和相互延时的控制参数，脉冲激光器输出功率的控制参数和ICCD的增益控制参数。

微控制器3进一步根据脉冲激光器输出功率的控制参数和ICCD的增益控制参数确定激光器输出功率的控制信号和ICCD的增益控制信号，并将这些信号经内嵌或外置的数模转换器转化为模拟信号，再经运算放大器8放大后输出，从而分别控制脉冲激光器的输出功率和ICCD的增益。并且，微控制器3进一步将接收自USB接口2的数据传送至外围电路5进行显示以便操作人员实时观察。

FPGA4用于接收微控制器3传送过来的数据，将自身的系统时钟信号进行分频、脉宽和延时(粗调)调节，从微控制器3传送过来的数据包含有脉冲激光器和ICCD各自触发信号的频率、脉宽参数，以及这两路触发信号的延时和相互延时的控制参数，FPGA4从这些信息中得到对FPGA4的系统时钟信号进行处理的分频系数、脉宽和延时信息，然后对分频系数计数器、脉宽计数器和延时计数器进行赋值，启动各自计数器，对系统时钟信号进行分频、脉宽调节和延时调节(粗调)，处理后将这两路信号传至延时精调电路6，对这两路信号进行延时精调处理。

外围电路5包括液晶显示器和LED，液晶显示器显示当前的频率、脉宽和延时参数，LED显示当前同步控制系统的上电状态和延时或自动延时的切换状态。延时精调电路6是由延时线和缓冲器构成，依延时线器件不同，延时线最大延时从48.75ns到520ns，延时步长从0.15ns到2ns；延时时间参数由FPGA4控制，缓冲器用于增强信号对负载的触发能力，方便对负载的触发。运算放大器8用于将已经转化为模拟的脉冲激光器的输出功率控制信号和ICCD的增益控制信号进行放大处理，输出模拟电压，得到所要求的电压范围，从而分别控制脉冲激光器的输出功率和ICCD的增益。

该系统用于对触发脉冲激光器和ICCD的两路信号进行自动延时，并且根据延迟线器件的不同，延时精调步长从0.15ns到2ns。

再次参见图1，从计算机软件界面1发送出来的数据经USB接口2传送至微控制器3。微控制器3一方面根据脉冲激光器输出功率的控制参数和ICCD的增益控制参数确定激光器输出功率的控制信号和ICCD的增益控制信号。并将这些信号经内嵌的数模转换器转化为模拟信号(如果微控制器没有内嵌的数模转换器，则该系统另外包括数模转换器)，再经运算放大器8放大后输出，从而分别控制脉冲激光器的输出功率和ICCD的增益；另一方面将数据传送至外围电路5进行显示以便操作人员实时观察；再一方面将脉冲激光器和ICCD各自触发信号的频率、脉宽参数和这两路触发信号的延时和相互延时的控制参数传至FPGA4。FPGA4得到这些控制参数后，产生触发脉冲激光器和ICCD的具有频率可调、脉宽可调和延时可调的两路TTL信号。这两路信号再经延时精调电路6后实现延时和交互延时，最终触发脉冲激光器和ICCD。

基于图1所示的本发明提供的基于距离选通的激光成像同步控制系统的结构示意图，以下对本发明提供的基于距离选通的激光成像同步控制系统的工作流程进行详细描述。

步骤1：计算机软件界面发送控制命令。从软件界面1发送出来的数据包括：脉冲激光器和ICCD各自触发信号的频率、脉宽参数，这两路触发信号的延时和相互延时的控制参数，脉冲激光器输出功率的控制参数和ICCD的增益控制参数。

步骤2：这些数据经USB接口2传送至微控制器3。

步骤3：微控制器3一方面根据脉冲激光器输出功率的控制参数和ICCD的增益控制参数确定激光器输出功率的控制信号和ICCD的增益控制信号。并将这些信号经内嵌的数模转换器转化为模拟信号(如果微控制器没有内嵌的数模转换器，则该系统另外包括数模转换器)，再经运算放大器8放大后输出，从而分别控制脉冲激光器的输出功率和ICCD的增益；另一方面将数据传送至外围电路5进行显示以便操作人员实时观察；再一方面将脉冲激光器和ICCD各自触发信号的频率、脉宽参数和这两路触发信号的延时和相互延时的控制参数传至FPGA4。

步骤4：FPGA4得到这些控制参数后，产生触发脉冲激光器和ICCD的具有频率可调、脉宽可调和延时可调(粗调)的两路TTL信号。下面举出一个具体的例子：

FPGA4接收到脉冲激光器和ICCD各自触发信号的频率、脉宽参数以及这两路触发信号的延时和相互延时的控制参数后，从而确定分频系数和脉宽值。假设计数器的初始值为0，当计数器的值小于脉宽值时，输出信号为高电平。在每个系统时钟的上升沿时，计数器的值加1，当计数器的值加到脉宽值时，信号变为低电平，继续进行加1操作，当计数器的值加到分频系数时，计数器值归0，输出信号再次变为高电平，如此循环下去。见图2。

步骤5：这两路信号再经延迟精调电路6后实现延时精调，最终触发脉冲激光器和ICCD。附图3。另外延时精调电路还可实现相互延时的精调，即ICCD的触发信号不仅能够精确延迟于脉冲激光器的触发信号，脉冲激光器的触发信号也可以精确延迟于ICCD的触发信号，这样便于延时补偿。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于距离选通的激光成像同步控制系统，其特征在于，该系统包括计算机软件界面(1)、USB接口(2)、微控制器(3)、FPGA(4)、外围电路(5)、延时精调电路(6)、PCB板(7)和运算放大器(8)，其中，从计算机软件界面(1)发送出来的数据经USB接口(2)传送至微控制器(3)；微控制器(3)将脉冲激光器和ICCD各自触发信号的频率、脉宽参数和这两路触发信号的延时和相互延时的控制参数传至FPGA(4)；FPGA(4)接收到这些控制参数后，产生触发脉冲激光器和ICCD的具有频率可调、脉宽可调、延时和交互延时可调的两路TTL信号，这两路信号再经延时精调电路(6)后实现延时和交互延时的精调，最终触发脉冲激光器和ICCD。

2.根据权利要求1所述的基于距离选通的激光成像同步控制系统，其特征在于，所述计算机软件界面(1)是安装在windows 2000及以上系统的环境下的软件操作界面，从计算机软件界面(1)发送出来的数据包括：脉冲激光器和ICCD各自触发信号的频率、脉宽参数，这两路触发信号的延时和相互延时的控制参数，脉冲激光器输出功率的控制参数和ICCD的增益控制参数。

3.根据权利要求1所述的基于距离选通的激光成像同步控制系统，其特征在于，所述微控制器(3)进一步根据脉冲激光器输出功率的控制参数和ICCD的增益控制参数确定激光器输出功率的控制信号和ICCD的增益控制信号，并将这些信号经内嵌或外置的数模转换器转化为模拟信号，再经运算放大器(8)放大后输出，从而分别控制脉冲激光器的输出功率和ICCD的增益。

4.根据权利要求3所述的基于距离选通的激光成像同步控制系统，其特征在于，所述微控制器(3)进一步将接收自USB接口(2)的数据传送至外围电路(5)进行显示以便操作人员实时观察。

5.根据权利要求1所述的基于距离选通的激光成像同步控制系统，其特征在于，所述FPGA(4)用于接收微控制器(3)传送过来的数据，将自身的系统时钟信号进行分频、脉宽和延时调节，从微控制器(3)传送过来的数据包含有脉冲激光器和ICCD各自触发信号的频率、脉宽参数，以及这两路触发信号的延时和相互延时的控制参数，FPGA(4)从这些信息中得到对FPGA(4)的系统时钟信号进行处理的分频系数和脉宽、延时和交互延时信息，然后对分频系数计数器、脉宽计数器和延时计数器进行赋值，启动各自计数器，对系统时钟信号进行分频、脉宽和延时调节，处理后将这两路信号传至延时精调电路(6)，对这两路信号进行延时精调处理。

6.根据权利要求1所述的基于距离选通的激光成像同步控制系统，其特征在于，所述外围电路(5)包括液晶显示器和LED，液晶显示器显示当前的频率、脉宽和延时参数，LED显示当前同步控制系统的上电状态和延时或自动延时的切换状态。

7.根据权利要求1所述的基于距离选通的激光成像同步控制系统，其特征在于，所述延时精调电路(6)是由延时线和缓冲器构成，依延时线器件不同，延时线最大延时从48.75ns到520ns，延时步长从0.15ns到2ns；延时时间参数由FPGA(4)控制，缓冲器用于增强信号对负载的触发能力，方便对负载的触发。

8.根据权利要求1所述的基于距离选通的激光成像同步控制系统，其特征在于，所述运算放大器(8)用于将已经转化为模拟的脉冲激光器的输出功率控制信号和ICCD的增益控制信号进行放大处理，输出模拟电压，得到所要求的电压范围，从而分别控制脉冲激光器的输出功率和ICCD的增益。

9.根据权利要求1所述的基于距离选通的激光成像同步控制系统，其特征在于，该系统用于对触发脉冲激光器和ICCD的两路信号进行自动延时，并且根据延迟线器件的不同，延时精调步长从0.15ns到2ns可变。