CN114238248A - 多通道测水激光雷达高速数据实时采集及存储系统 - Google Patents

多通道测水激光雷达高速数据实时采集及存储系统 Download PDF

Info

Publication number
CN114238248A
CN114238248A CN202111444478.XA CN202111444478A CN114238248A CN 114238248 A CN114238248 A CN 114238248A CN 202111444478 A CN202111444478 A CN 202111444478A CN 114238248 A CN114238248 A CN 114238248A
Authority
CN
China
Prior art keywords
data
interface
module
channel
acquisition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111444478.XA
Other languages
English (en)
Inventor
周国清
张昊天
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guilin University of Technology
Original Assignee
Guilin University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guilin University of Technology filed Critical Guilin University of Technology
Priority to CN202111444478.XA priority Critical patent/CN114238248A/zh
Publication of CN114238248A publication Critical patent/CN114238248A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F16/00—Information retrieval; Database structures therefor; File system structures therefor
    • G06F16/10—File systems; File servers
    • G06F16/17—Details of further file system functions
    • G06F16/172—Caching, prefetching or hoarding of files
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F13/00—Interconnection of, or transfer of information or other signals between, memories, input/output devices or central processing units
    • G06F13/38—Information transfer, e.g. on bus
    • G06F13/40—Bus structure
    • G06F13/4063—Device-to-bus coupling
    • G06F13/4068—Electrical coupling
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F13/00—Interconnection of, or transfer of information or other signals between, memories, input/output devices or central processing units
    • G06F13/38—Information transfer, e.g. on bus
    • G06F13/42—Bus transfer protocol, e.g. handshake; Synchronisation
    • G06F13/4282—Bus transfer protocol, e.g. handshake; Synchronisation on a serial bus, e.g. I2C bus, SPI bus
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F16/00—Information retrieval; Database structures therefor; File system structures therefor
    • G06F16/10—File systems; File servers
    • G06F16/16—File or folder operations, e.g. details of user interfaces specifically adapted to file systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明公开了多通道测水激光雷达高速数据实时采集及存储系统，实现4通道采样，1GSPS采样率，采样精度可达到16bits。所述系统包括前端数据采集模块，FPGA模块，数据存储模块以及上位机软件。前端数据采集模块的功能是采集激光雷达回波数据，通过FMC接口与FPGA连接，将采集的数据传输给FPGA；FPGA模块的功能是实现AD采集，JESD204B协议，Microblaze软核搭建，以太网传输，数据缓存及存储；数据存储模块的功能是把采集的激光雷达回波数据存储到固态硬盘中；上位机软件的功能是显示设备状态信息，通过百兆以太网把固态硬盘中的数据导出到电脑。本发明公开的多通道的高速数据实时采集及存储系统具有多通道采样，采样速度快，采样精度高，实时性好的优点。

Description

多通道测水激光雷达高速数据实时采集及存储系统
技术领域
本发明涉及激光雷达领域，尤其涉及一种用于激光雷达回波数据的多通道高速实时采集及存储系统。
背景技术
激光雷达在采集回波数据时要求采集并行通道多，采集速度快，采集实时性高。所以，需要设计专门的高速数据实时采集及存储系统来满足数据的多通道实时采集及存储要求。
专利号为CN 113518193 A的专利公开了一种基于并行LVDS接口的高速数据采集系统解决了大数据量数据采集及传输，但是存在接口延迟以及实时性不高的问题。专利号为CN 102176142 B的专利公开了一种基于FPGA的250MSPS采样率，12bits精度的高速数据采集系统，解决了多路数据采集及传输，但存在采样速率不快，采样精度不高的问题。专利号为CN 112859705 A的专利公开了一种基于FPGA的高速数据采集系统，解决了数据的高速传输，但存在通道数少的问题。
发明内容
本发明针对采样速率不够快，采样精度不高以及通道数少的问题，公开了多通道测水激光雷达高速数据实时采集及存储系统。该系统采用TI公司的ADC芯片及时钟芯片实现前端数据采集及系统时钟分配。在FPGA内部搭建Microblaze软核，实现回波数据的缓存，存储，以太网传输以及外围接口的设计。同时，该系统还具有结构紧凑，便携的优点，能够满足各种需要便携式大容量的高速数据实时采集的场景。
本发明可采用以下技术方案来实现：多通道测水激光雷达高速数据实时采集及存储系统由以下四个部分组成：一是4通道的高速ADC数据采集卡模块，接口采用的是SSMC接口，本系统中选用其中三个接口分别接到激光雷达的主波输出和两个PMT接收通道。ADC芯片采用的是TI公司的ADS54J60芯片，其功能是将前端采集的模拟电压信号转换为数字信号并按照JESD204B协议传输到FPGA板卡模块，ADC与FPGA二者通过FMC HPC 400pins接口连接。二是FPGA板卡模块，采用的是Xilinx公司的Kintex7-Series芯片，其功能是实现数据采集、底层逻辑设计以及Microblaze软核搭建，同时按照具体的AD板卡及采集需求来设置所需要的参数，从而得到FPGA所能调用的内部IP核。三是支持SATAⅢ协议的SSD固态存储模块，采用的是三星的860evo固态，其功能是将采集的激光雷达回波数据进行存储。四是上位机软件，其功能是通过百兆网口将存储在固态中的回波数据导出到电脑，同时实现文件的数据转换功能，方便后期数据处理。
多通道测水激光雷达高速数据实时采集及存储系统的工作流程如下：①将该系统与激光雷达连接，连接内容包括触发输入，激光主波，2个PMT接收通道，电源接口，串口，网口。②激光雷达系统上电上电后给多通道高速数据实时采集及存储系统下发参数。③控制激光雷达出光，激光雷达系统开始出光工作，此时ADC板卡开始进行回波数据的采集，并将数据传输给FPGA。④FPGA内部通过搭建的Micrroblaze软核将回波数据及串口接收的POS数据进行缓存并存储到固态硬盘中。⑤采集结束通过以太网接口将回波数据导出到电脑。
本发明的有益之处是：①实现了激光雷达回波数据的多通道实时采集要求。②实现了激光雷达回波数据的高速率、高精度采样。③实现了上位机软件对数据进行导出，管理及文件转换。④还具有结构简单，便携，能够满足各种需要便携式高速数据实时采集及大容量存储的场景的优点。
附图说明
图1是多通道高速数据实时采集及存储系统的FPGA内部设计模块框图。
图2是多通道高速数据实时采集及存储系统的工作流程。
图3是多通道高速数据实时采集及存储系统的上位机主界面。
图4是多通道高速数据实时采集及存储系统的上位机数据管理界面。
图5是多通道高速数据实时采集及存储系统的表格数据。
图6是多通道高速数据实时采集及存储系统采集的回波数据波形图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下举出优选实施例，结合附图对本发明具体实施作进一步详细说明。
实施例:
结合图1，说明本发明多通道高速数据实时采集及存储系统的FPGA内部设计模块框图。FPGA芯片选用的是Xilinx Kintex7-Series芯片，通过FMC HPC 400pins引脚接口与高速ADC数据采集卡连接，高速ADC数据采集卡选用的是TI公司的ADC芯片ADS54J60，时钟芯片选用的是TI公司的Clock LMK0428。利用Xilinx公司的Vivado软件中的MIG InterfaceIP核设计DDR3 SDRAM缓存，DDR3选用镁光的MT41K128M16，负责对采集的回波数据缓存并传输到固态硬盘中。利用Xilinx公司的EDK环境搭建Microblaze软核，并在软核中利用GTXInterface接口实现支持SATAⅢ协议的SSD固态存储，GE/Trig Connector触发接口，RS232/RS422/JTAG GPIO Connector串口及调试接口，LED提示灯等外围接口及模块。最终通过百兆以太网网线连接电脑与该高速采集系统，利用上位机软件实现数据导出和文件转换。
结合图2，说明本发明多通道高速数据实时采集及存储系统的工作流程。首先将该系统与激光雷达连接，连接内容包括触发输入，激光主波，2个PMT接收通道，电源接口，串口，网口。当激光雷达系统上电之后该发明系统的ADC板卡开始进行回波ADC数据采集，并将数据传输给FPGA。FPGA通过搭建的Micrroblaze软核将回波数据进行缓存并存储，并通过串口接收POS的定位数据，最终通过以太网接口将回波数据导出到电脑。
结合图3，说明本发明多通道高速数据实时采集及存储系统的上位机主界面。激光雷达系统在测试前上电，通过网线连接该高速采集系统，在上位机界面的日志信息可以看到设备连接成功的信息。在上位机软件界面的ADC设置中对每一个通道的脉宽延时及脉宽宽度进行设置，并给系统下发该参数，下次工作该参数不会再改变。在上位机软件界面的系统信息可以看到高速采集系统此时的温度信息及磁盘剩余容量。采集数据转换可以把csv原始文件转换成表格形式。
结合图4，说明本发明多通道高速数据实时采集及存储系统的上位机数据管理界面。点击获取实验列表可以获得最近实验的数据，点击删除选中实验可以对选中的一个或多个实验数据进行删除。在数据管理界面可以看到固态硬盘中获取的数据，在数据导出面板中选择要存放的位置，设置IP地址，点击UDP导出可以将选中的实验数据导出到电脑的指定位置。
结合图5，说明本发明多通道高速数据实时采集及存储系统的表格数据。其功能是记录每一次触发的数据。列A记录的是时间偏移，以ns为单位；列B、C、D分别记录3个通道的数据；列E记录串口POS数据。
结合图6，说明本发明多通道高速数据实时采集及存储系统采集的回波数据波形图。在excel表格中选中一次触发的三个通道数据并绘制折线图，系列1代表的是通道1的数据，实验中该通道接收的是激光主波信号。系列2、3代表的是通道2、3的数据，实验中通道2、3是PMT接收的回波数据信号。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变形。因此，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
本发明未详尽描述的技术内容均为公知技术。

Claims (4)

1.多通道测水激光雷达高速数据实时采集及存储系统，其特征在于由4通道AD输入接口的高速ADC数据采集卡、FPGA板卡、SSD固态硬盘、上位机软件组成；该系统为直流12V单电源输入，重量不大于1.8kg，功耗在30-35w，通道间的同步精度不大于5ns，子卡还具有3个功能接口，分别为触发输入，触发输出以及外部时钟输入，3个HRS的工业级标准带有锁紧功能的连接器，分别为12V的直流电源输入，网口以及控制端口(包含一路232，一路422和一路JTAG)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的4通道AD输入接口的高速ADC数据采集卡采用两片TI公司的ADS54J60模数转换器(ADC)，该模数转换器是一款低功耗、高精度16bits、1GSPS采样率的双通道模数转换器(ADC)，同时，该模数转换器支持JESD204B协议，在接口上减少了接口线路数，提高系统集成度；在时钟芯片选择上，采用TI公司的LMK04828时钟芯片为系统、ADC及PLL提供时钟，同时对时钟抖动进行消除，使输出时钟的精度大大提高。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述FPGA板卡，搭建Microblaze软核以及用Verilog硬件语言设计整个系统的逻辑控制功能；Microblaze软核中主要搭建AXI总线，RS232接口，SATA存储接口，以太网接口；逻辑程序负责设计顶层模块，将时钟控制模块，ADC芯片采集逻辑控制模块，时钟芯片的时钟配置模块例化在一起。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述上位机软件提供磁盘管理、信息显示、数据管理、表格数据导出的功能；通过C++编写上位机软件，在磁盘管理模块里可对磁盘进行初始化以及提供数据管理功能的入口；在信息显示模块，会显示操作提示信息，系统设备信息，FPGA温度监测，磁盘数量以及剩余容量；在数据管理模块，可对近期做实验所获得的数据信息进行数据删除及数据导出操作；在表格数据导出界面可对将近期实验获得的数据源文件转换为表格形式，方便后期的数据处理。
CN202111444478.XA 2021-11-30 2021-11-30 多通道测水激光雷达高速数据实时采集及存储系统 Pending CN114238248A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111444478.XA CN114238248A (zh) 2021-11-30 2021-11-30 多通道测水激光雷达高速数据实时采集及存储系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111444478.XA CN114238248A (zh) 2021-11-30 2021-11-30 多通道测水激光雷达高速数据实时采集及存储系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114238248A true CN114238248A (zh) 2022-03-25

Family

ID=80752236

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111444478.XA Pending CN114238248A (zh) 2021-11-30 2021-11-30 多通道测水激光雷达高速数据实时采集及存储系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114238248A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115982079A (zh) * 2023-02-14 2023-04-18 北京智联安科技有限公司 一种应用于激光雷达片内的总线结构
CN117452357A (zh) * 2023-12-22 2024-01-26 上海几何伙伴智能驾驶有限公司 基于fpga实现多通道数据采集与注入的系统及其方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110109148A (zh) * 2019-04-09 2019-08-09 北京遥测技术研究所 一种激光雷达多通道光子计数与模拟探测装置及方法
CN110209607A (zh) * 2019-05-13 2019-09-06 北京遥感设备研究所 一种多通道雷达中频数据采集回放系统
CN110968005A (zh) * 2019-12-10 2020-04-07 桂林理工大学 基于fpga远程调控调节pmt增益
US20200182978A1 (en) * 2016-10-06 2020-06-11 Strobe, Inc. Lidar system
CN111782566A (zh) * 2020-07-08 2020-10-16 哈尔滨工业大学 基于PCIe的高频地波雷达多通道高速数据采集装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200182978A1 (en) * 2016-10-06 2020-06-11 Strobe, Inc. Lidar system
CN110109148A (zh) * 2019-04-09 2019-08-09 北京遥测技术研究所 一种激光雷达多通道光子计数与模拟探测装置及方法
CN110209607A (zh) * 2019-05-13 2019-09-06 北京遥感设备研究所 一种多通道雷达中频数据采集回放系统
CN110968005A (zh) * 2019-12-10 2020-04-07 桂林理工大学 基于fpga远程调控调节pmt增益
CN111782566A (zh) * 2020-07-08 2020-10-16 哈尔滨工业大学 基于PCIe的高频地波雷达多通道高速数据采集装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115982079A (zh) * 2023-02-14 2023-04-18 北京智联安科技有限公司 一种应用于激光雷达片内的总线结构
CN117452357A (zh) * 2023-12-22 2024-01-26 上海几何伙伴智能驾驶有限公司 基于fpga实现多通道数据采集与注入的系统及其方法
CN117452357B (zh) * 2023-12-22 2024-03-19 上海几何伙伴智能驾驶有限公司 基于fpga实现多通道数据采集与注入的系统及其方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114238248A (zh) 多通道测水激光雷达高速数据实时采集及存储系统
CN110209607A (zh) 一种多通道雷达中频数据采集回放系统
CN101504431B (zh) 随机脉冲时间序列的纳秒级在线检测系统
CN109613491A (zh) 一种基于fpga的高速信号采集存储及回放系统
CN101738610B (zh) 高速多通道激光回波并行采集处理装置
CN102495132B (zh) 一种用于海底管道漏磁内检测器的多通道数据采集装置
CN102279830A (zh) 基于cpci总线的多功能数据采集模块
CN202563080U (zh) 一种基于fpga+dsp 实现的高速数据采集装置
CN208445569U (zh) 一种实时采集存储分析设备
CN106095334A (zh) 一种基于fpga的高速数据采集存储系统
CN102637197A (zh) 实时数据采集存储系统的文件管理方法
CN209624766U (zh) 一种基于fpga的高速信号采集存储及回放系统
CN204679629U (zh) 基于fpga可编程控制的数字射频存储器
CN111796240B (zh) 一种相控阵雷达系统高精度同步方法
CN109597575B (zh) 一种基于hdf5的分块式数据存储及读取方法
CN104536923B (zh) 一种多通道的干扰信号采集与处理验证系统
CN105320633A (zh) 一种双通道高速模拟数字信号采集处理板卡
CN113091897B (zh) 一种符合计数方法、装置、符合计数设备及存储介质
CN113986130B (zh) 一种大容量高速多通道数据回放设备及方法
CN103559255B (zh) 一种分布式液压系统的可视化数据处理方法
CN204206191U (zh) 一种数字波束合成技术验证系统
CN101290621A (zh) 安全数字卡的存储检索方法
CN101431315A (zh) 一种分级放大电路及多功能数据采集卡
CN208888810U (zh) 一种基于高速数据采集的时频分析装置
CN104166046A (zh) 瞬态信号的处理方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination