基于Labview的高重频激光测量方法

贾冰+徐佳

高重频激光测量传感器以高速、高精度的测量模式，对航天航空、工业计量、测绘、社会发展有着深远影响，本文基于Labview提出一种以高重频激光器为核心的激光测量系统，二轴电子罗盘提供方位信息，方位选通功能，；选用FPGA板作为核心计算单元，高速处理大量采集数据；利用Labview编程环境高效的进行信号特征提取、选通及存储，建立了一种新型激光测量方法。

【关键词】激光测量 Labview 串口通信 数据采集

激光测量利用激光较好的单色性、相干性和方向性的特点，实现高精度测量，根据不同的测距环境有相应的测距模式，目前被广泛的用于地形测量、战场测量等重要军事装备上，并且应用与工业测控、矿山、港口等领域。

其中，激光在对目标进行测量时，目标面积通常只占被测区域的一部分，方位选通的实质就是根据得到的目标轮廓确定扫描范围，在确定的扫描范围内，只对特征点采集部分的测量数据。这样做可以使扫描范围和数据处理压力大大减小，测量效率得以提高。

1 系统组成原理

1.1 测距系统建立

激光测距系统由激光发射单元、接收单元、系统软件控制平台、数据处理平台。计算机通过Labview向激光发射单元发送开始测量命令，激光照射到预置目标后随即产生回波信号，被激光接收单元接收，通过串行接口与FPGA通信，FPGA板将采集信号解码为距离及灰度信息，同时通過网口传输至计算机控制系统接收，通过对Labview编程进行一定距离范围内的数据存储及显示。

1.2 激光传感器

系统选用波长为905nm的半导体红外激光传感器测量，具有测距精度高、抗干扰能力强、隐蔽性好的特点。每秒钟可得到约30K个数据，测距精度可达毫米级。每组数据格式由2字节组成，每字节首字母为校验位，经过FPGA计算封装打包由串口向计算机控制系统传输。计算机由WIFI模块接收数据，通过Labview进行数据处理及特征提取，得到用户需要的有效距离信息自定义界面。

2 计算机控制系统

2.1 高速数据流串行口通信

在测控平台研究领域中，虚拟仪器技术起着举足轻重的作用。高速串口通信计算机与传感器双方采用相同的高速波特率921600bps，进行握手，主机和传感器以相互应答的方式确立连接，保证数据的有效传输，避免丢失。

2.2 Labview控制程序设计

首先，与基于特定波特率的串口建立连接，向传感器发送开始命令，请求发送数据；其次，Labview接收数据并提取出有效数据，进行数据解析；再者，通过Labview中判定范围并强制转换控件设置测距选通上下限，有效减少数据量的处理及存储，同时，将选通的有效数据显示并存储下来；最后，发送停止测量命令。

程序框图如图1所示。

3 系统实验测试

利用该系统进行了室外实验，时间选择在夜间进行，因为日间光线较强，通过红外增强型CCD无法观察到激光传感器的测量激光，不利于目标的确定，而且日间噪声较大，激光传播误差较大。此外，由于红外波段对人眼有一定伤害，所以选择夜间在一长约100m甬道测量目标。

将被测目标分别置于约30m、40m、50m、60m、70m距离处进行测量，目标尺寸为直径10mm目标。将激光器置于转台之上，用以控制激光器俯仰及旋转角度。利用自制反光板及红外增强CCD预先观测测量激光束位置。图2为激光测距试验台。

4 结论

利用本套系统可以实现点目标激光测量，通过Labview其精确的有效距离信息，为后续数据处理奠定基础。方位选通大大提高数据的处理效率，过滤冗余数据，利用FPGA开发板的高速处理能力减小因数据量过大对计算机造成的压力。

（通讯作者：徐佳）

作者单位

长春理工大学 吉林省长春市 130022