CN114545428B - 基于单像素-单光子探测器跟踪测距激光雷达装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于单像素‑单光子探测器跟踪测距激光雷达装置及方法，装置包括窄脉冲激光器、反射镜、光学发射系统、中心开孔反射镜、光学接收系统、单像素‑单光子探测器、FPGA数据采集处理模块、DSP扫描控制模块和上位机。同时提出了一种快速跟踪测距的方法，该方法利用线性螺旋进行扫描、峰值法和质心法提取目标飞行时间、扫描模块获取光束指向角度，当回波的脉冲累计数满足设定的阈值时，记录此时光束偏转角度及回波飞行时间，同时扫描模块快速指向此时光束偏转位置，以此位置为中心再次扫描捕获，形成闭环工作，实现跟踪测距。该装置巧妙的将单像素‑单光子探测器与扫描系统进行结合，在指定空域内，可对远距离弱回波下的目标进行跟踪测距。
Description
技术领域
本发明涉及指定空域激光雷达扫描捕获跟踪技术领域，特别涉及一种基于单像素-单光子探测器跟踪测距激光雷达装置及方法。
背景技术
随着科学技术的发展，激光雷达跟踪测距技术在航空航天测量、船舶、小型无人机、智能机器人等一系列科学工程领域中应用越来越广泛，特别涉及到目标搜索、跟踪、运动避障等方面有着重要的应用价值。
对于激光雷达跟踪测距系统来说，由于激光雷达能量和重频的限制，在超过可视距离的范围之外，传统基于经典器件(线性模式APD或PIN二极管)的激光雷达则不能实现弱回波下远距离非合作目标跟踪测距。
单光子探测器具有单个光子的响应能力，探测灵敏度极高，使用单光子探测器可以大大扩大激光系统的作用距离，实现微弱回波信号的探测，但其研究的方向多集中在单光子探测系统、提高远距离探测、提高测距精度以及扫描成像上，而基于单像素-单光子探测跟踪测距体制的研究的相对较少。
基于单光子探测的目标跟踪，研究大多在于目标径向方向距离变化来进行轨迹的提取与预测跟踪，而牵涉到横向运动情况下，多利用CCD、CMOS四象限探测器、阵列探测器来进行辅助测量目标的方位，从而实现目标的跟踪、测距。然而CCD、CMOS往往只能实现目标方位角信息获取，不能获取深度信息，且由于没有或固有增益较低，它们不能实现对低水平光探测的快速响应，探测距离受限，需要同轴激光测距实现目标的跟踪测距，增加了调试的难度及复杂性。四象限探测器、阵列探测器探测能够同时实现角度信息和目标距离信息的获取，但受探测单元本身参数差异的影响以及探测单元之间串扰影响，还受回波光斑大小的影响，价格昂贵，通常为线性探测，对弱回波远距离非合作目标难以探测。
基于单像素-单光子探测器的激光跟踪测距需要结合扫描模块才能实现目标方位角度信息的获取，进一步才能实现跟踪，单像素-单光子探测系统与扫描系统结合扫描跟踪过程中存在同步采集控制、目标信号提取的准确性、累加后的回波信号及角度信息匹配、探测模型与扫描方式模型之间关系的分析等难度，使得该体制下激光雷达跟踪测距的实现相对较为困难。
发明内容
本发明是为了解决基于经典器件的传统激光雷达不能实现弱回波远距离非合作目标测距问题以及避免CCD、CMOS、四象限探测器、阵列探测器测量目标所带来的缺陷。本发明基于单像素-单光子探测器跟踪测距激光雷达装置巧妙将扫描系统(可对目标用较窄的光束进行扫描且反馈的扫描的角度信息)与单像素-单光子探测系统结合在一起，形成闭环，能够实现弱回波远距离目标的方位探测和距离测量，进而实现目标的跟踪测距，该系统设计简单，操作方便。
为了解决该技术问题，本发明采用的技术方案为：根据本公开的第一方面，提供了一种基于单像素-单光子探测器跟踪测距激光雷达装置，包括窄脉冲激光器、反射镜、光学发射系统、中心开孔反射镜、光学接收系统、单像素-单光子探测器、FPGA数据采集处理模块、DSP扫描控制模块、上位机。该装置由窄脉冲激光器发射固定频率脉冲激光，利用窄脉冲激光器内部电路发射的电信号作为同步信号，出射的激光经过反射镜、光学发射系统、中心开孔反射镜、DSP扫描控制模块中的快速反射镜后照射到目标上，然后由目标产生的漫散射回波信号再次经过所述的快速反射镜、中心开孔反射镜以及光学接收系统后耦合进光纤中，进而被单像素-单光子探测器所探测。基于FPGA控制的FPGA数据采集处理模块以同步信号为基准、完成对单光子探测回波信息的采集，且在一定时间内进行回波信号的累加以及通过峰值法和质心算法提取目标的飞行时间。同一时间内，基于DSP控制的DSP扫描控制模块在基于FPGA控制的FPGA数据采集处理模块同步通信、控制下，按照线性螺旋线扫描进行搜索目标并反馈光束指向角度信息送到FPGA内部，进而匹配目标飞行时间所对应的距离信息，这里脉冲累加的时间应与扫描停留的时间对应。当目标的回波脉冲累计数满足设定的阈值时，此时对应的光束指向角度位置即为目标的方位位置，进一步利用FPGA控制DSP扫描控制模块进行快速指向，并以此为中心再次螺旋扫描捕获测距，不断重复其步骤，形成闭环实现跟踪。另外，在系统工作之前，上位机完成FPGA数据采集处理模块参数及DSP扫描控制模块参数的设置，并且在系统工作期间实时解码并显示目标距离、角度、速度以及目标三维坐标信息。
进一步地，所述装置仅仅使用一个光电探测器——单像素-单光子探测器即可实现目标的跟踪测距，并未涉及使用CCD、CMOS、四象限探测器以及阵列探测器进行辅助进而实现目标的方位测量以及跟踪。
进一步地所述窄脉冲激光器脉冲宽度小于10ns，重复频率为Khz量级，峰值功率KW量级，波长为1064nm，并且具有电信号同步发射端口，其发射电信号用于作为单光子探测器的同步信号。
进一步地，所述中心开孔反射镜是中间开孔椭圆反射镜，其椭圆反射镜面与光轴成45度放置，并且镀有1064nm介质反射膜，激光透过小孔进行发射，其反射的回波经过椭圆反射镜面进入光学接收系统，在整体装置中，中心开孔反射镜起到了收发转换器的作用，使其系统具有收发同轴的优势。
进一步地，所述FPGA数据采集处理模块是利用FPGA实现数据的采集及处理，具有双通道数据采集接口以及2ns时间采集分辨率，分别控制采集激光器发射的同步信号以及单光子探测器采集的回波信号，并且利用串口完成与DSP扫描控制模块之间的通信，并将处理后的数据通过串口在上位机上进行实时显示，另外该FPGA数据采集处理模块还具有输出到单光子探测器选通门控的接口，能够有效避开系统内部杂散光。
进一步地，所述FPGA数据采集处理模块设计有脉冲累加法、峰值法、质心算法以及设定的阈值进行提取目标的正确距离，每次脉冲累加周期内都从DSP中索取对应的光束偏转角度信息与之回波信息进行匹配，当回波脉冲累计数满足设定的阈值时，可判定为探测到目标，记录当前索取的角度信息并再次返还给DSP扫描控制模块，使其进行指向，并以此为中心再次螺旋扫描捕获，循环往复，形成闭环，实现跟踪。
进一步地，所述DSP扫描控制模块由DSP控制板、线性驱动器及快速反射镜进行构成，其中DSP控制板可写入多种扫描方式来控制快速反射镜进行扫描，使得激光光束按照特定方式进行扫描、偏转，同时利用串口完成与FPGA进行通信，并在FPGA内部实现数据的交汇、匹配。
进一步地，所述DSP扫描控制模块所采用的扫描方式为中心捕获效率较高的线性螺旋线，其中每相邻两个扫描点的时间间隔与每次脉冲累加的耗时一致，并且反馈此时对应的光束偏转角度信息。
进一步地，所述上位机通过串口通信从FPGA内部实时获取每次累加周期内峰值对应的时间信息、累加最大值、光束指向角度信息、每一帧扫描捕获所用的时间信息等，以及输出满足系统阈值对应的信息，从而可进一步在上位机上计算可显示目标的距离、角位置、三维点信息以及速度信息。
根据本公开的第二方面，一种基于单像素-单光子探测器的跟踪测距的方法，所述方法利用线性螺旋进行扫描，每个扫描点进行一定时间的脉冲累加，同时利用峰值法和质心法提取目标距离，另外扫描模块获取光束指向角度，当回波的脉冲累计数满足设定的阈值时，记录此时光束偏转角度及回波飞行时间信息，同时扫描模块快速指向此时光束偏转位置，以此位置为中心再次扫描捕获，循环执行、形成闭环，实现跟踪测距。
根据上述技术方案，本发明的有益效果为：
1.本发明整个装置仅仅使用一个光电探测器——单像素-单光子探测器即可实现目标的跟踪测距，并未涉及使用CCD、CMOS、四象限探测器以及阵列探测器进行辅助进而实现目标的方位测量以及跟踪，系统操作方便，光学系统相对简单。
2.本发明窄脉冲激光器的波长为1064nm，该波段处于大气窗口，最小化大气对激光的衰减，并且具有电信号同步发射端口，其发射电信号用于作为单光子探测器的同步信号，可以进一步减少同步光信号探测器及配件的使用，进一步使得光学系统的结构变得简单。
3.本发明中心开孔反射镜是中间开孔椭圆反射镜，起到了收发转换器的作用，使其系统具有收发同轴的优势。
4.本发明FPGA数据采集处理模块具有双通道以上得数据采集接口以及一个单光子探测器门控选通接口，利用FPGA编程语言实现了2ns时间采集分辨率，并且在其中加入了脉冲累加法、峰值法、质心算法以及设定的阈值的方法进行提取目标的正确飞行时间信息。并且将其目标飞行时间、累加最大值、对应的角度信息通过串口上传上位机，从而达到实时显示的效果。
5.本发明DSP扫描控制模块由DSP控制板、线性驱动器及快速反射镜进行构成，其中DSP控制板可被写入多种扫描方式来控制快速反射镜进行不同方式的扫描，易于扫描方式的改变，以便应用不同的扫描场景，可通过上位机对其内部已经写入的扫描方式进行切换。
6.本发明扫描系统所采用的扫描方式为恒定线速度螺旋线，该扫描方式从高概率位置扫描到低概率的位置，中心具有较高的扫描捕获效率，具有固定的表达式，便于写入DSP控制板中，且螺旋扫描运动过程中速度不会突变，适用于大惯量的光电跟踪设备在小范围内对目标进行快速搜索，保证整个搜索过程中视场内探测的稳定性，有利于目标跟踪处理。
7.本发明系统工作过程中，FPGA数据采集处理模块与DSP扫描控制模块同步工作、相互配合及实时通信，整体提高目标跟踪探测的能力。每次脉冲累加周期内将要结束时，FPGA数据采集处理模块都会从DSP中索取对应的光束偏转角度信息与之处理的回波飞行时间信息进行匹配，当回波脉冲累计数满足设定的阈值时，可判定为探测到目标，记录当前索取的角度信息并再次返还给DSP扫描控制模块，使其进行指向，并以此为中心再次螺旋扫描捕获，循环往复，形成闭环，实现跟踪。最终将处理后数据通过上位机进行实时显示。
附图说明
图1为本发明基于单像素-单光子探测器跟踪测距激光雷达装置框架图。
图2为本发明基于单像素-单光子探测器的跟踪测距的方法流程图。
图中附图标记含义为：1为窄脉冲激光器，2为反射镜，3为光学发射系统，4为中心开孔反射镜，5为光学接收系统，6为单像素-单光子探测器，7为FPGA数据采集处理模块，8为DSP扫描控制模块，9为上位机。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1所示，本发明基于单像素-单光子探测器跟踪测距激光雷达装置，图1中深灰色粗线为出射光，浅灰色粗线为回波光，黑色细线为电信号。基于单像素-单光子探测器跟踪测距激光雷达装置包括：窄脉冲激光器1、反射镜2、光学发射系统3、中心开孔反射镜4、光学接收系统5、单像素-单光子探测器6、FPGA数据采集处理模块7、DSP扫描控制模块8、上位机9。其中，DSP扫描控制模块8由快速反射镜、线性驱动和DSP控制板组成，DSP控制板将数字角度信息经过D/A转换为电压信号，再经过运算放大输出给线性驱动，进而驱动快速反射镜偏转，同时快速反射镜内置的器件也会反馈相应的模拟角度信息直接送给DSP控制板，并在DSP控制板中完成角度信息A/D的转换。该装置由窄脉冲激光器1发射固定频率脉冲激光，出射的激光经过反射镜2、光学发射系统3、中心开孔反射镜4、DSP扫描控制模块8中的快速反射镜后照射到目标上，然后由目标产生的漫散射回波信号再次经过所述的快速反射镜、中心开孔反射镜4以及光学接收系统5后耦合进光纤中，进而被单像素-单光子探测器6所探测。同时基于FPGA控制的FPGA数据采集处理模块7以窄脉冲激光器1发出的同步信号为基准、完成对单光子探测回波信息的采集，且在一定脉冲累加周期内进行回波信号的累加以及通过峰值法和质心算法提取目标的飞行时间。同一时间内，基于DSP控制的DSP扫描控制模块8在基于FPGA控制的FPGA数据采集处理模块7同步通信、控制下，按照线性螺旋线扫描进行搜索目标，并在接收到FPGA的索取命令时反馈光束指向角度信息送到FPGA内部，进而匹配当前时刻目标飞行时间所对应的距离信息，这里脉冲累加的时间应与扫描停留的时间对应。当目标的回波脉冲累计数满足设定的阈值时，此时对应的光束指向角度位置即为目标的方位位置，进一步利用FPGA控制DSP扫描控制模块8进行快速指向，并以此为中心再次螺旋扫描捕获测距，不断重复其步骤，形成闭环实现跟踪。另外，在系统工作之前，上位机完成数据采集处理模块参数及扫描模块参数的设置，并且在系统工作期间实时解码并显示目标距离、角度、速度以及目标三维坐标信息。
所述装置中仅仅使用一个光电探测器——单像素-单光子探测器即可实现目标的跟踪测距，并未涉及使用CCD、CMOS、四象限探测器以及阵列探测器进行辅助进而实现目标的方位测量以及跟踪。
所述窄脉冲激光器1脉冲宽度小于10ns，重复频率为Khz量级，峰值功率KW量级，波长为1064nm，并且具有电信号同步发射端口，其发射电信号用于作为单光子探测器的同步信号。
所述中心开孔反射镜4是中间开孔椭圆反射镜，其椭圆反射镜面与光轴成45°放置，并且镀有1064nm介质反射膜，激光透过小孔进行发射，其反射的回波经过椭圆反射镜面进入光学接收系统5，在整体装置中，中心开孔反射镜4起到了收发转换器的作用，使其系统具有收发同轴的优势。
所述FPGA数据采集处理模块7是利用FPGA实现数据的采集及处理，具有双通道数据采集接口以及2ns时间采集分辨率，分别控制采集激光器发射的同步信号以及单光子探测器采集的回波信号，并且利用串口完成与DSP扫描控制模块8之间的通信，并将处理后的数据通过串口在上位机上进行实时显示，另外该FPGA数据采集处理模块7还具有输出到单光子探测器选通门控的接口，能够有效避开系统内部杂散光。
所述FPGA数据采集处理模块7设计有脉冲累加法、峰值法、质心算法以及设定的阈值进行提取目标的正确距离，每次脉冲累加周期内都从DSP中索取对应的光束偏转角度信息与之回波信息进行匹配，当回波脉冲累计数满足设定的阈值时，可判定为探测到目标，记录当前索取的角度信息并再次返还给DSP扫描控制模块8，使其进行指向，并以此为中心再次螺旋扫描捕获，循环往复，形成闭环，实现跟踪。
所述DSP扫描控制模块8由DSP控制板、线性驱动器及快速反射镜进行构成，其中DSP控制板可写入多种扫描方式来控制快速反射镜进行扫描，使得激光光束按照特定方式进行扫描、偏转，同时利用串口完成与FPGA进行通信，并在FPGA内部实现数据的交汇、匹配。
所述DSP扫描控制模块8所采用的扫描方式为中心捕获效率较高的线性螺旋线，其中每相邻两个扫描点的时间间隔与每次脉冲累加的耗时一致，并且反馈此时对应的光束偏转角度信息；
所述上位机通过串口通信从FPGA内部实时获取每次累加周期内峰值对应的时间信息、累加最大值、光束指向角度信息、每一帧扫描捕获所用的时间信息等，以及输出满足系统阈值对应的信息，从而可进一步在上位机上计算可显示目标的距离、角位置、三维点信息以及速度信息。
如图2所示，基于单像素-单光子探测器的跟踪测距的方法流程图，利用上位机进行对系统中数据采集、扫描方式等参数进行设置，并开始数据采集，同时以第一个同步脉冲同步启动扫描，完成数据和扫描的同步操作，在FPGA数据采集处理模块7中，每收集N个同步脉冲进行向DSP扫描控制模块8索取一次光束指向角度信息X、Y，并在FPGA内部完成N个同步脉冲信号的累加处理，利用峰值法、质心法提取目标的飞行时间，并且在此时上传提取的飞行时间及角度对应信息给上位机，接下来则进行判断峰值是否满足设定的累加阈值要求：
(1)如果满足，则认为探测的回波目标，此时记录对应的X、Y，记为X0、Y0，并将此值传递给DSP控制板，当DSP控制板接收到FPGA内部返回的角度信息时，立即控制执行快反镜进行X0、Y0角度信息的偏转，并且将此值设为下针螺旋扫描的中心，为了达到下一帧的同步采集，这里同时需要执行停止数据采集及停止扫描命令，并且为了提取速度信息，这里需要统计每一帧所用的时间信息并且上传给上位机。
(2)如果不满足，则需进一步判断是否达到设定的采集时间，“否”则继续执行数据采集并处理，“是”则停止数据采集并停止扫描，同时同步扫描中，DSP扫描控制模块8也在持续判断是否达到设定的扫描时间，“否”则继续执行连续性扫描，“是”则停止数据采集并停止扫描，这里任何达到停止数据采集及停止扫描的条件都将执行该指令。
最后再判断是否结束跟踪测距，如果“否”，则重新开始下一帧扫描，当捕获到目标，快反镜就会指向，并且螺旋扫描的中心就会发生替换，不断循环此方法流程，可形成闭环，实现目标的跟踪测距。如果“是”，则结束采集扫描。另外在系统工作过程中，数据实时上传，上位机中可利用目标飞行时间信息、角度位置、每一帧扫描时间实时计算出目标的距离、三维坐标及速度信息。
根据上述具体实施方案可知，本发明是一种基于单像素-单光子探测器跟踪测距激光雷达，相比传统跟踪测距激光雷达系统，解决基于经典器件的传统激光雷达不能实现弱回波远距离非合作目标测距问题以及避免CCD、CMOS、四象限探测器、阵列探测器测量目标所带来的缺陷，巧妙的将以螺旋线扫描的扫描系统与单像素-单光子探测系统结合在一起，并且进行了方法流程图的设计，最终该装置能够快速实现弱回波远距离目标的捕获跟踪测距。
上述具体实施方式仅用于解释和说明本发明的权利要求，并不能构成对权利要求的限定。本领域技术人员应当清楚,在本发明的技术方案的基础上进行的任何简单的修改、变形或替换,而得到的新的技术方案，均将落入本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种基于单像素-单光子探测器的跟踪测距的方法，利用一种基于单像素-单光子探测器跟踪测距激光雷达装置，其特征在于：所述装置包括窄脉冲激光器（1）、反射镜（2）、光学发射系统（3）、中心开孔反射镜（4）、光学接收系统（5）、单像素-单光子探测器（6）、FPGA数据采集处理模块（7）、DSP扫描控制模块（8）和上位机（9），该装置由窄脉冲激光器（1）发射固定频率脉冲激光，利用窄脉冲激光器（1）内部电路发射的电信号作为同步信号，出射的激光经过反射镜（2）、光学发射系统（3）、中心开孔反射镜（4）、DSP扫描控制模块（8）中的快速反射镜后照射到目标上，然后由目标产生的漫散射回波信号再次经过所述的快速反射镜、中心开孔反射镜（4）以及光学接收系统（5）后耦合进光纤中，进而被单像素-单光子探测器（6）所探测；基于FPGA控制的FPGA数据采集处理模块（7）以同步信号为基准、完成对单光子探测回波信息的采集，且在一定时间内进行回波信号的累加以及通过峰值法和质心算法提取目标的飞行时间；同一时间内，基于DSP控制的DSP扫描控制模块（8）在基于FPGA控制的FPGA数据采集处理模块（7）同步通信、控制下，按照线性螺旋线扫描进行搜索目标并反馈光束指向角度信息送到FPGA内部，进而匹配目标飞行时间所对应的距离信息，这里脉冲累加的时间应与扫描停留的时间对应；当目标的回波脉冲累计数满足设定的阈值时，此时对应的光束指向角度位置即为目标的方位位置，进一步利用FPGA控制DSP扫描控制模块（8）进行快速指向，并以此为中心再次螺旋扫描捕获测距，不断重复其步骤，形成闭环实现跟踪；另外，在系统工作之前，上位机完成FPGA数据采集处理模块（7）参数及DSP扫描控制模块（8）参数的设置，并且在系统工作期间实时解码并显示目标距离、角度、速度以及目标三维坐标信息；
所述装置中仅仅使用一个光电探测器——单像素-单光子探测器（6）即可实现目标的跟踪测距，并未涉及使用CCD、CMOS、四象限探测器以及阵列探测器进行辅助进而实现目标的方位测量以及跟踪；
所述窄脉冲激光器（1）脉冲宽度小于10ns，重复频率为Khz量级，峰值功率KW量级，波长为1064nm，并且具有电信号同步发射端口，其发射电信号用于作为单光子探测器的同步信号；
所述中心开孔反射镜（4）是中间开孔椭圆反射镜，其椭圆反射镜面与光轴成45°放置，并且镀有1064nm介质反射膜，激光透过小孔进行发射，其反射的回波经过椭圆反射镜面进入光学接收系统，在整体装置中，中心开孔反射镜（4）起到了收发转换器的作用，使其系统具有收发同轴的优势；
所述FPGA数据采集处理模块（7）是利用FPGA实现数据的采集及处理，具有双通道数据采集接口以及2ns时间采集分辨率，分别控制采集激光器发射的同步信号以及单光子探测器采集的回波信号，并且利用串口完成与DSP扫描控制模块（8）之间的通信，并将处理后的数据通过串口在上位机上进行实时显示，另外该FPGA数据采集处理模块（7）还具有输出到单光子探测器选通门控的接口，能够有效避开系统内部杂散光；
所述FPGA数据采集处理模块（7）设计有脉冲累加法、峰值法、质心算法以及设定的阈值进行提取目标的正确距离，每次脉冲累加周期内都从DSP中索取对应的光束偏转角度信息与之回波信息进行匹配，当回波脉冲累计数满足设定的阈值时，可判定为探测到目标，记录当前索取的角度信息并再次返还给DSP扫描控制模块（8），使其进行指向，并以此为中心再次螺旋扫描捕获，循环往复，形成闭环，实现跟踪；
所述DSP扫描控制模块（8）由DSP控制板、线性驱动器及快速反射镜进行构成，其中DSP控制板可写入多种扫描方式来控制快速反射镜进行扫描，使得激光光束按照特定方式进行扫描、偏转，同时利用串口完成与FPGA进行通信，并在FPGA内部实现数据的交汇、匹配；
所述DSP扫描控制模块（8）所采用的扫描方式为中心捕获效率较高的线性螺旋线，其中每相邻两个扫描点的时间间隔与每次脉冲累加的耗时一致，并且反馈此时对应的光束偏转角度信息；
所述上位机通过串口通信从FPGA内部实时获取每次累加周期内峰值对应的时间信息、累加最大值、光束指向角度信息、每一帧扫描捕获所用的时间信息，以及输出满足系统阈值对应的信息，从而可进一步在上位机上计算可显示目标的距离、角位置、三维点信息以及速度信息；
该基于单像素-单光子探测器的跟踪测距的方法，利用线性螺旋进行扫描，每个扫描点进行一定时间的脉冲累加，同时利用峰值法和质心法提取目标距离，另外扫描模块获取光束指向角度，当回波的脉冲累计数满足设定的阈值时，记录此时光束偏转角度及回波飞行时间信息，同时扫描模块快速指向此时光束偏转位置，以此位置为中心再次扫描捕获，循环执行、形成闭环，实现跟踪测距；具体包括以下步骤：
利用上位机进行对系统中数据采集、扫描方式参数进行设置，并开始数据采集，同时以第一个同步脉冲同步启动扫描，完成数据和扫描的同步操作，在FPGA数据采集处理模块(7)中，每收集N个同步脉冲进行向DSP扫描控制模块(8)索取一次光束指向角度信息X、Y，并在FPGA内部完成N个同步脉冲信号的累加处理，利用峰值法、质心法提取目标的飞行时间，并且在此时上传提取的飞行时间及角度对应信息给上位机，接下来则进行判断峰值是否满足设定的累加阈值要求：
（1）如果满足，则认为探测的回波目标，此时记录对应的X、Y，记为X0、Y0，并将此值传递给DSP控制板，当DSP控制板接收到FPGA内部返回的角度信息时，立即控制执行快反镜进行X0、Y0角度信息的偏转，并且将此值设为下针螺旋扫描的中心，为了达到下一帧的同步采集，这里同时需要执行停止数据采集及停止扫描命令，并且为了提取速度信息，这里需要统计每一帧所用的时间信息并且上传给上位机；
（2）如果不满足，则需进一步判断是否达到设定的采集时间，“否”则继续执行数据采集并处理，“是”则停止数据采集并停止扫描，同时同步扫描中，DSP扫描控制模块8也在持续判断是否达到设定的扫描时间，“否”则继续执行连续性扫描，“是”则停止数据采集并停止扫描，这里任何达到停止数据采集及停止扫描的条件都将执行该指令；
最后再判断是否结束跟踪测距，如果“否”，则重新开始下一帧扫描，当捕获到目标，快反镜就会指向，并且螺旋扫描的中心就会发生替换，不断循环此方法流程，可形成闭环，实现目标的跟踪测距；如果“是”，则结束采集扫描；另外在系统工作过程中，数据实时上传，上位机中可利用目标飞行时间信息、角度位置、每一帧扫描时间实时计算出目标的距离、三维坐标及速度信息。
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