CN1740813A - 基于dsp的多道单光子计数方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于DSP的多道单光子计数方法，基于DSP芯片，将激光对外同步脉冲信号作为DSP芯片的触发信号，将微脉冲激光雷达接收到的光电子脉冲信号作为DSP芯片片内寄存器置位的触发信号；造价可成倍降低，使雷达系统集成化程度更高。此外本发明也可用于多道分析中，具一定的通用性。

Description

基于DSP的多道单光子计数方法
技术领域
本发明涉及电子学及光学领域，具体的说是一种基于DSP的多道单光子计数方法。
技术背景
微脉冲激光雷达(Micro Pulse Lidar，简称MPL)是近几年发展起来的一种新型雷达。它具有结构简单、体积小、重量轻、自动化程度高、可连续运行、易于移动和低的激光脉冲能量使人眼安全等特点，故越来越成为探测大气气溶胶和云的有效工具。其探测资料对于研究气溶胶的垂直分布、迁移和扩散过程、云层结构的时空演变特征以及气候模型的建立与应用都有着极其重要的意义。
微脉冲激光雷达(MPL)采用轻小型全固化二极管泵浦的激光器，获得能量在μJ量级的输出能量，重复频率为几千Hz。由于单脉冲能量低，回波信号一般在几个光子/μs的水平或者更少，微脉冲激光雷达的信号接收出现了三个技术问题：1、光子计数技术的采用；2、快速的多通道计数累加，以满足雷达的空间分辨要求；3、整个计数单元集成化程度高，工作稳定可靠，造价要低，以降低雷达系统的成本。
目前的微脉冲激光雷达，其中的信号接收和处理部分采用的是美国多道光子计数器。在雷达的空间分辨率为30米的情况下，它的每道记录的最小时间间隔为200ns。采用这种计数器有三个缺憾：1、合人民币8万/台，使系统造价高；2、其软件的对话界面全英文、内容单一，不适合雷达的使用；3、通过并口与计算机连接，使雷达系统增加了一套设备。
发明内容
本发明针对上述出现的问题，提出一种基于DSP的多道单光子计数方法，基于DSP芯片，造价可成倍降低，使雷达系统集成化程度更高。此外发明也可用于多道分析的中，具一定的通用性。
本发明的技术方案
一种基于DSP的多道单光子计数方法，其特征在于：将激光对外同步脉冲信号作为DSP芯片的触发信号，将微脉冲激光雷达接收到的光电子脉冲信号作为DSP芯片片内寄存器置位的触发信号；预先在DSP芯片的存储器内设置一段连续的存储单元作为计数的通道，通道数用存储单元的地址来表示，每个存储单元的值表示相应通道内采集到的光子脉冲数；当DSP芯片获得激光器外同步信号的触发后，DSP的片内定时器以200ns为周期开始振荡，在这个时间周期内，DSP芯片检测片内寄存器被置位的情况，DSP芯片片内寄存器被置位，随即将当前地址对应的存储单元内数的数值加1，然后存储单元的地址自动转到下一个相邻的存储单元，即进入下一个通道；DSP芯片片内寄存器没有被置位，就直接进入下一个通道；通道以200ns的时序传递，并进行光脉冲的计数累加，直到设置的通道的计数工作全部完成为止；当激光器发出的下一发同步脉冲到来时，重复上述的工作过程，直至微脉冲激光雷达停止工作，采集结束。
所述的基于DSP的多道单光子计数方法，其特征在于：通过使DSP芯片内的定时器以200ns为周期起振，来使DSP芯片每隔200ns检测DSP芯片片内寄存器在这前200ns内被置位情况，并将检测结果累加到通道数对应的存储单元内。
本发明的原理
一般的多道分析系统所采用的技术路线是：采用高速元件提高通道的转换速度，达到时间分辨和多道计数的目的。在元件速度达到极限的情况下，为提高速度，则采用多端路交替的办法，减少死时间，加速通道转换，实现高速的多通道计数。这样使得电路复杂，工作稳定性也会降低，成本也提高了。
根据微脉冲激光雷达光子接收的时序和计数率的特点(如每200ns的时间间隔里最大的可能只有一个大气后向散射光子被接收)，我们采取了新的技术路线，其核心思想是将探测器接收到的光电子脉冲信号作为DSP芯片的触发信号，该信号将DSP片内寄存器置位。在通道时间间隔结束时，判断该寄存器位。如果是高位，则对相应的通道内的计数值加1，然后进入下一个通道；否则，直接进入下一个通道。这样做的最大好处是：一是置位的寄存器可使信号得以保持，二是最大程度减少道与道的转换时间，以利高速采集的要求。DSP芯片具有高速的特点，采用这种芯片完成计数功能使电路大大简化，也满足了速度的要求。
本发明的特点
1、本发明所述的方法对光子脉冲信号不做任何处理，而是把它作为触发信号，这是有别于一般的多道分析系统的工作原理的，也是本发明的最大特点。般的计数系统都是对接收的信号先进行甄别，再累加计数和存储，然后在设定的时间周期后转入下一个通道，并重复上一个过程。而本发明里是将接收到的光脉冲信号接在DSP的中断3的引脚上，如果INT3脚接收到光脉冲信号，中断3就被触发，使得中断标志寄存器IFR的INT3位置1。由于本系统特地没有设置中断3的中断服务程序，所以DSP无法响应该中断，IFR的INT3位就始终保持为1，就相当于快速保存和锁住了接收到的光脉冲信号，直至清除中断标志寄存器IFR的INT3位为止。识别是否采集到光脉冲信号，只须对IFR的INT3位进行测试即可。
2、本发明所述的方法关键的采集工作全部由软件实现，计数卡上应用的主要芯片就只有TMS320VC5402DSP，这样就可以将系统集成在一张较小的电路板上，可以很方便的插入计算机内部的插槽内。目前国内市场上还没有基于此原理的多道分析系统的产品，常规的多道计数原理要克服竞争冒险的问题和压缩通道转换死时间，因而导致产品价格高，系统的稳定性较差。针对于这几点，利用TMS320VC5402DSP的中断标志寄存器IFR的特殊功能，即每一个不同的外部中断都在IFR中有各自的标志位，它们互不影响。所以即使在通道转换的同时探测器采集到光子信号，系统也不会发生类似于硬件电路中的竞争冒险问题而丢失掉信号，只是对中断标志寄存器IFR中的各自的相应位置1，有效避开了硬件的竞争冒险的问题，大大提高了系统的稳定性。
3、本发明所述的方法解决了实时通信问题。目前一般的多道计数器产品都只提供通常的计数和显示功能，很少有结合实际工作需要的特殊功能，增加特殊功能意味着价格的大幅提升。例如在计数器工作与读取数据的时序上，一般情况下都是等计算机读取完数据时再开始采集。不能结合实际需要更合理地运行。对于这个问题，我们考虑到现在所用的激光器脉冲重复频率为2500Hz，即激光器的同步脉冲信号周期为400μs。在实际的采集过程中，通道数设置为1000，每个通道对应的时间为200ns，采集时间仅花费200μs，还约有200μs的时间剩余，利用这段时间让计算机读取DSP片内存储器的数据。这样既不影响采集过程，又实现了实时读取测量数据。
4、本发明所述的方法中采集部分由软件实现，若想改变微脉冲激光雷达的空间分辨率，只需在软件上对定时器的定时周期作相应的改变即可，硬件不需要任何改变，能够灵活实现多种不同要求的采集。
附图说明
图1本发明的工作原理示意图。
图2本发明的流程示意图。
图3本发明的时序示意图。
具体实施方式
一种基于DSP的多道单光子计数方法，其特征在于：将激光对外同步脉冲信号作为DSP芯片的触发(即中断请求)信号，将微脉冲激光雷达接收到的光电子脉冲信号作为DSP芯片内寄存器置位的触发信号。预先在DSP芯片片内存储器内设置1000个连续的存储单元作为计数的通道，通道数用存储单元的地址来表示，存储单元的值表示采集到的光子脉冲数。它的多道计数过程是：当DSP芯片获得激光器外同步信号的触发后，DSP的片内定时器将以200ns为周期开始振荡，在这个时间周期内，DSP芯片检测片内寄存器是否被置位，如果被置位，就意味着接收到一个光电子信号，随即将当前地址对应的存储单元内数的数值加1，然后存储单元的地址自动转到下一个相邻的存储单元，即进入下一个通道；如果没有被置位，就直接进入下一个通道。通道以200ns的时序传递，并进行光脉冲的计数累加，直到设置的通道的计数工作全部完成为止。当激光器发出的下一发同步脉冲到来时，重复上述的工作过程，直至微脉冲激光雷达停止工作，采集结束。通过使DSP芯片内的定时器以200ns为周期起振，来使DSP芯片每隔200ns通过DSP芯片与探测器相连接的引脚来检测探测器在这前200ns内是否接收到信号，并将探测结果累加到通道数对应的存储单元内。
采用的DSP芯片型号为TMS320VC5402DSP(简称VC5402)，它具有先进的修正哈佛结构和八条16位总线，指令周期短(运算速度为每秒执行100百万条指令)，片内存储器RAM和ROM容量大，其片内还具有定时器和多种I/O功能。VC5402可接收多个外部中断，其中包括外部中断0(INT0)、定时器中断(TINT)和外部中断3(INT3)，它们的优先级由高到低依次排列。定时器是VC5402片内外设，它的振荡周期和中断触发都可以用软件编程来实现。VC5402内部还含有一个中断标志寄存器(IFR)。IFR的每一位都对应着一个不同的外部中断。当一个中断出现的时侯，IFR中的相应的中断标志位置1，直到中断得到处理才会复位为0。
具体工作过程：微脉冲激光雷达准备工作就绪，DSP系统上电后运行主程序，计数卡开始工作。首先，系统初始化，初始化包括如下过程：①、定义一个一维数组SUM[1000]并赋初值为0，1000就对应于1000个通道，该数组的每一个元素的值表示相应通道内所采集到的光脉冲数，如SUM[0]的值表示第0个通道的光脉冲数；②、设置定时器的振荡周期为200ns；③、使能INT0和INT3(表示准备接收激光同步脉冲信号和探测器的光电子脉冲信号)。初始化结束后，系统等待激光同步脉冲。当INT0脚接收到激光同步脉冲信号后，DSP响应INT0的中断，它所执行的功能是：首先设置Td，使得产生一定的延时，以满足计数器的工作与激光实际出光的同步；其次，置通道数channel(channel是数组SUM[1000]的下标变量)为0；最后，启动定时器，让它以200ns为振荡周期起振。当定时器到达第200ns时，DSP执行定时器中断，它所执行的功能是：判断前200ns内探测器是否采集到光子，即测试中断标志寄存器IFR的INT3位是否为1。如果等于1，就将当前通道内的光子数加1，即执行SUM[channel]+1的操作，并且清除IFR的INT3位，然后进入下一个通道，即channel+1。如果不等于1，直接进入下一个通道。当下一个第200ns到来时，DSP再次响应定时器中断。就这样通道以200ns的时序依次传递，并进行光子的累加，直到设置的通道长度为止。当通道数channel达到预先设置的长度时，DSP首先停止定时器(即停止采集光脉冲信号)，然后通过HPI口向计算机发出信号，允许计算机读取VC5402片内存储器的数据，直至下一发激光同步脉冲信号的到来。如此周而复始，不断采集信号，直至MPL停止工作，采集结束。

Claims (2)

1、一种基于DSP的多道单光子计数方法，其特征在于：将激光对外同步脉冲信号作为DSP芯片的触发信号，将微脉冲激光雷达接收到的光电子脉冲信号作为DSP芯片片内寄存器置位的触发信号；预先在DSP芯片的存储器内设置一段连续的存储单元作为计数的通道，通道数用存储单元的地址来表示，每个存储单元的值表示相应通道内采集到的光子脉冲数；当DSP芯片获得激光器外同步信号的触发后，DSP的片内定时器以200ns为周期开始振荡，在这个时间周期内，DSP芯片检测片内寄存器被置位的情况，DSP芯片片内寄存器被置位，随即将当前地址对应的存储单元内数的数值加1，然后存储单元的地址自动转到下一个相邻的存储单元，即进入下一个通道；DSP芯片片内寄存器没有被置位，就直接进入下一个通道；通道以200ns的时序传递，并进行光脉冲的计数累加，直到设置的通道的计数工作全部完成为止；当激光器发出的下一发同步脉冲到来时，重复上述的工作过程，直至微脉冲激光雷达停止工作，采集结束。
2、根据权利要求1所述的基于DSP的多道单光子计数方法，其特征在于：通过使DSP芯片内的定时器以200ns为周期起振，来使DSP芯片每隔200ns检测DSP芯片片内寄存器在这前200ns内被置位情况，并将检测结果累加到通道数对应的存储单元内。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101832815A (zh) * 2010-04-30 2010-09-15 天津大学 基于数字锁相解复用的多通道单光子计数测量系统
CN102063070A (zh) * 2010-11-12 2011-05-18 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 基于dsp的激光脉冲编码控制器
CN109253808A (zh) * 2018-10-26 2019-01-22 上海星秒光电科技有限公司 时间符合计数系统、方法及装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5241315A (en) * 1992-08-13 1993-08-31 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Micro pulse laser radar
CN1124496C (zh) * 2000-08-24 2003-10-15 中国科学院大气物理研究所 激光雷达用的具有嵌入系统和门控功能的单光子计数器

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101832815A (zh) * 2010-04-30 2010-09-15 天津大学 基于数字锁相解复用的多通道单光子计数测量系统
CN102063070A (zh) * 2010-11-12 2011-05-18 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 基于dsp的激光脉冲编码控制器
CN102063070B (zh) * 2010-11-12 2012-06-13 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 基于dsp的激光脉冲编码控制器
CN109253808A (zh) * 2018-10-26 2019-01-22 上海星秒光电科技有限公司 时间符合计数系统、方法及装置
CN109253808B (zh) * 2018-10-26 2020-04-21 上海星秒光电科技有限公司 时间符合计数系统、方法及装置

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