基于FPGA的激光雷達數據采集系統設計

劉秉剛，常建華,b，徐 帆，李紅旭，朱玲嬿，豆曉雷

(南京信息工程大學，a.江蘇省大氣環境與裝備技術協同創新中心;b.江蘇省氣象探測與信息處理重點實驗室，南京 210044)

0 引言

激光雷達是隨著激光器和雷達技術的發展而產生的一種新型主動式光學遙感技術，具有測量范圍廣、時空分辨率高和抗干擾能力強等特點，廣泛應用于航空氣象領域，如大氣顆粒物、云層的探測[1]。激光雷達首先探測激光與大氣分子和氣溶膠粒子等介質相互作用產生的后向散射光信號，進而通過求解激光雷達方程，反演得到大氣成分參數。與傳統的微波雷達相比，激光的波長更短，方向性更好，量子能量更大，更適合探測和分析大氣中微小粒子的相關特性[2-4]。

在常見的激光雷達數據采集系統中，多利用國外通用的數據采集卡來實現[5-7]：一方面，由于核心技術的封鎖，底層數據不對用戶開放，無法依據采集需求的變化及時修改和升級軟硬件設計；另一方面，此類數據采集卡價格十分昂貴，后期維護不方便。面對我國航空領域對于激光雷達的強烈應用需求，有必要推出具有自主知識產權的激光雷達系統。激光雷達數據采集方案可采用模擬方式或單光子計數方式。模擬方式采用高速模數轉換器件獲取回波信號，適合測量信號強度大、目標距離近的目標物。但是，激光雷達后向散射信號的強度隨距離的平方迅速衰減，往往探測到的回波信號非常微弱[8-9]。因此，采集方案更適合選用高增益、響應快、寬頻帶的單光子計數方式[10-11]。……