激光雷达高速数据采集系统解决方案
0、 引言
接下来坤驰科技将为您具½介绍一下激光雷达在数据采集方面的研究。
½雷达探测到目标后, 可从回波中提取有关信息，如实现对目标的距离和
空间角度定½,并由其距离和角度随时间变化的规律中得到目标½½的变化率，
由此对目标实现跟踪; 雷达的测量如果½在一维或多维上有足够的分辨力, 则
可得到目标尺寸和½状的信息; 采用不同的极化方法，可测量目标½状的对称
性。雷达还可测定目标的表面粗糙度及介电特性等。接下来坤驰科技将为您具½
介绍一下激光雷达在数据采集方面的研究。
1、雷达原理
目标标记：
目标在空间、陆地或海面上的½½, 可以用多种坐标系来表示。在雷达应
用中, 测定目标坐标常采用极(球)坐标系统, 如图 1.1 所示。
图中, 空间任一目
标 P 所在½½可用下列三个坐标确定:
1、目标的斜距 R；2、方½角 α；仰角 β。
如需要知道目标的高度和水平距离, 那么利用圆柱坐标系统就比较方便。
在这种系统中, 目标的½½由以下三个坐标来确定: 水平距离 D，方½角 α，高
度 H。
P
R
D
H
B
目标
O
雷达
a
正北
图 1.1 用极(球)坐标系统表示目标½½
系统原理：
由雷达发射机产生的电磁½, 经收发开关后传输给天线, 再由天线将此电
磁½定向辐射于大气中。
电磁½在大气中以光速传播, 如果目标恰½½于定向天
线的波束内, 则它将要截取一部分电磁½。
目标将被截取的电磁½向各方向散射,
其中部分散射的½量朝向雷达接收方向。
雷达天线搜集到这部分散射的电磁波后,
就经传输线和收发开关馈给接收机。
接收机将这微弱信号放大并经信号处理后即
可获取所需信息, 并将结果送至终端显示。
天线
收发½换开关
发射机
接收的电磁波
R
噪声
接收机
信号
处理机
发射的电磁波
目标
显示器
图 1.2 雷达系统原理图
测量方法
1）.目标斜距的测量
雷达工½时, 发射机经天线向空间发射一串重复周期一定的高频脉冲。如
果在电磁波传播的途径上有目标存在, 那么雷达就可以接收到由目标反射回来
的回波。由于回波信号往返于雷达与目标之间, 它将滞后于发射脉冲一个时间
tr, 如图 1.3 所示。 我们知道电磁波的½量是以光速传播的, 设目标的距离为
ct
R, 则传播的距离等于光速乘上时间间隔, 即 2R=ct
r
或
R
½
r
2
发射脉冲
回波
t
噪声
t
r
t
r
t
图 1.3 雷达测距
2). 目标角½½的测量
目标角½½指方½角或仰角, 在雷达测量这两个角½½基本上½是利用天
线的方向性来实现的。
雷达天线将电磁½量汇集在窄波束内, ½½时回天线波束
½对准目标时, 回波信号最强, 如图 1.4 实线所示。
½目标偏离天线波束波信号
减弱, 如图上虚线所示。
根据接收回波最强时的天线波束指向, 就可确定目标的
方向, 这就是角坐标测量的基本原理。天线波束指向实际上也是辐射波前的方
向。
目标
O
图 1.4 角坐标测量
3). 相对速度的测量
对速度时, 接有些雷达除确定目标的½½外, 还需测定运动目标的相对速
度, 例如测量飞机或导弹飞行时的速度。
½目标与雷达站之间存在相收到回波信
号的½½频相对于发射信号的½½频产生一个频移, 这个频移在物理学上称为多卜
勒频移, 它的数值为
f
d
½
2
v
r
式中, fd 为多卜勒频移，单½为 Hz; v
r
为雷达与目标之间的径向速度，单½为
m/s; λ 为½½波波长，单½为 m。
½目标向着雷达站运动时, v
r
＞0, 回波½½频提高; 反之 v
r
＜0, 回波½½频
降½。雷达只要½够测量出回波信号的多卜勒频移 fd, 就可以确定目标与雷达
站之间的相对速度。
4). 目标尺寸和½状
如果雷达测量具有足够高的分辨力, 就可以提供目标尺寸的测量。
由于许
多目标的尺寸在数十米量级, 因而分辨½力应为数米或更小。
目前雷达的分辨力
在距离维已½达到, ½在通常½用距离下切向距离(RQ)维的分辨力还远达不到,
增加天线的实际孔径来解决此问题是不现实的。
然而½雷达和目标的各个部分有
相对运动时, 就可以利用多卜勒频率域的分辨力来获得切向距离维的分辨力。
例
如，装于飞机和宇宙飞船上的 SAR(综合孔径)雷达, 与目标的相对运动是由雷达
的运动产生的。 高分辨力雷达可以获得目标在距离和切向距离方向的½廓(雷达
成像)。
2、数据采集系统
坤驰科技自主研发的 QT1138 是一款同时具备直流耦合程控放大器和支持½
带通讯信号输入的高速数据采集卡。这些特性½得 QT1138 成为激光雷达系统数
字处理模块中应用的理想工具。QT1138 提供快速的 PCI Express 2.0 x8 数据传
输接口，尤其适合于 OEM 应用。QT1138 的采样率在 8 通道工½工½模式下为
250Msps/CH。模拟带½在交流输入模式下高达 300MHz，适合½带 IF 采样应用；
在直流程控输入模式下高达 100MHz，适合高速窄脉冲采集；开发套件允许用户
自定义实时处理算法。
系统性½
最大支持 8 通道同步采集。
最高 250MSPS 采样率。
采用 250MSPS 单芯片双通道 ADC。
16bit ½换精度。
支持 AC、DC 藕合方式；支持高频
脉冲信号输入。
最大板½½ 4GB DDR3 存储器。
支持外部触发输入或输出。
PCIe x8 Gen2 数据传输接口，连续传输率 3.0GB/s。
具有板½½ FPGA 支持高速实时信号处理½力
FPGA 支持用户自定义逻辑开发。
快速 PCIe 总线实时传输采集数据
捕获½带信号。
提供开放的 QTex 逻辑开发平台
用户可自定义开发 FPGA
大容量板½½存储器
缩短开发时间，加快系统搭建速度
硬件可接受定制修改，如有此需求请联系坤驰科技
系统框图：
CH1 INPUT
AFE
DDR3
DDR3
DDR3
DDR3
ADC
CH2 INPUT
AFE
CH3 INPUT
AFE
ADC
CH4 INPUT
AFE
CH5 INPUT
AFE
ADC
CH6 INPUT
AFE
Xilinx
Virtex 6
FPGA
Config
Flash
JTAG
CH7 INPUT
CH8 INPUT
AFE
ADC
AFE
REF CLK
INPUT
CLK Generator
DDR3
DDR3
DDR3
DDR3
Trig/
GPIO
100MHz
REF CLK
PCIE Gen2 8-Lanes BUS
硬件功½：
PCI Express x8
总线
QT1138 通过 PCI Express 8-lane 总线连接到计算机主机。
每对 Lane
支持 5.0Gbps（Gen2）的数据传输速度。QT1138 采集卡采用 PCI Express
16-lane 插卡的机械结构，½用其中 8-lane 物理连接。
京公网安备 11010802033920号
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