基于Labview的高重頻激光測量方法

賈冰+徐佳

高重頻激光測量傳感器以高速、高精度的測量模式，對航天航空、工業計量、測繪、社會發展有著深遠影響，本文基于Labview提出一種以高重頻激光器為核心的激光測量系統，二軸電子羅盤提供方位信息，方位選通功能，；選用FPGA板作為核心計算單元，高速處理大量采集數據；利用Labview編程環境高效的進行信號特征提取、選通及存儲，建立了一種新型激光測量方法。

【關鍵詞】激光測量 Labview 串口通信 數據采集

激光測量利用激光較好的單色性、相干性和方向性的特點，實現高精度測量，根據不同的測距環境有相應的測距模式，目前被廣泛的用于地形測量、戰場測量等重要軍事裝備上，并且應用與工業測控、礦山、港口等領域。

其中，激光在對目標進行測量時，目標面積通常只占被測區域的一部分，方位選通的實質就是根據得到的目標輪廓確定掃描范圍，在確定的掃描范圍內，只對特征點采集部分的測量數據。這樣做可以使掃描范圍和數據處理壓力大大減小，測量效率得以提高。

1 系統組成原理

1.1 測距系統建立

激光測距系統由激光發射單元、接收單元、系統軟件控制平臺、數據處理平臺。計算機通過Labview向激光發射單元發送開始測量命令，激光照射到預置目標后隨即產生回波信號，被激光接收單元接收，通過串行接口與FPGA通信，FPGA板將采集信號解碼為距離及灰度信息，同時通過網口傳輸至計算機控制系統接收，通過對Labview編程進行一定距離范圍內的數據存儲及顯示。

1.2 激光傳感器

系統選用波長為905nm的半導體紅外激光傳感器測量，具有測距精度高、抗干擾能力強、隱蔽性好的特點。每秒鐘可得到約30K個數據，測距精度可達毫米級。每組數據格式由2字節組成，每字節首字母為校驗位，經過FPGA計算封裝打包由串口向計算機控制系統傳輸。計算機由WIFI模塊接收數據，通過Labview進行數據處理及特征提取，得到用戶需要的有效距離信息自定義界面。

2 計算機控制系統

2.1 高速數據流串行口通信

在測控平臺研究領域中，虛擬儀器技術起著舉足輕重的作用。高速串口通信計算機與傳感器雙方采用相同的高速波特率921600bps，進行握手，主機和傳感器以相互應答的方式確立連接，保證數據的有效傳輸，避免丟失。

2.2 Labview控制程序設計

首先，與基于特定波特率的串口建立連接，向傳感器發送開始命令，請求發送數據；其次，Labview接收數據并提取出有效數據，進行數據解析；再者，通過Labview中判定范圍并強制轉換控件設置測距選通上下限，有效減少數據量的處理及存儲，同時，將選通的有效數據顯示并存儲下來；最后，發送停止測量命令。

程序框圖如圖1所示。

3 系統實驗測試

利用該系統進行了室外實驗，時間選擇在夜間進行，因為日間光線較強，通過紅外增強型CCD無法觀察到激光傳感器的測量激光，不利于目標的確定，而且日間噪聲較大，激光傳播誤差較大。此外，由于紅外波段對人眼有一定傷害，所以選擇夜間在一長約100m甬道測量目標。

將被測目標分別置于約30m、40m、50m、60m、70m距離處進行測量，目標尺寸為直徑10mm目標。將激光器置于轉臺之上，用以控制激光器俯仰及旋轉角度。利用自制反光板及紅外增強CCD預先觀測測量激光束位置。圖2為激光測距試驗臺。

4 結論

利用本套系統可以實現點目標激光測量，通過Labview其精確的有效距離信息，為后續數據處理奠定基礎。方位選通大大提高數據的處理效率，過濾冗余數據，利用FPGA開發板的高速處理能力減小因數據量過大對計算機造成的壓力。

（通訊作者：徐佳）

作者單位

長春理工大學 吉林省長春市 130022