本发明涉及一种基于fpga的激光单光子有效数据提取方法，属于星上激光单光子数据处理。
背景技术：
1、星载激光单光子探测技术采用统计的方法对获取的光子信息进行统计，并提取其中存在的高程信息，为星载高分辨率地形测绘提供了有效技术途径。由于星载激光单光子探测器探测范围广，探测的地物高程范围能够达到十几千米，且考虑到地物反射特性、大气环境及光子探测特点的影响，利用其获取的数据量特别大。为了高效率对地物数据进行下传，需要对大量的数据进行筛选，提取特定宽度的数据范围。目前基于fpga实现数据提取的方法极少涉及。
2、此外，光子计数激光雷达中的光电倍增管能够检测极微弱的弱光脉冲，灵敏度高，光子探测能力达到单个光子级别，因此受噪声影响比较大，利用此技术进行地形地物探测的难度增加。为了有效探测地形地物，需要尽量剔除无关的噪声数据，提取地形地物的有效数据。目前国内还没有针对激光单光子数据在fpga平台进行数据提取的方法。
技术实现思路
1、本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于fpga的激光单光子有效数据提取方法，有效减少卫星下传数据量，提升星上数据下传能力。
2、本发明解决技术的方案是：
3、一种基于fpga的激光单光子有效数据提取方法，包括：
4、fpga获取光子信息并形成主帧数据，基于主帧数据形成含有若干栅格的直方图；
5、将直方图的2个相邻栅格合并，统计合并后栅格的光子信息，即为高程信息；基于高程信息生成含有若干栅格的高程直方图；
6、将高程直方图的至少2个相邻栅格合并，形成宽栅格直方图；
7、基于宽栅格直方图，计算宽栅格直方图的信噪比，基于信噪比，确定宽栅格直方图的阈值；
8、基于宽栅格直方图的阈值，判断宽栅格直方图中最大栅格计数max以及第二大栅格计数max1与阈值threshold的大小；若max≥threshold且max1≥threshold，则当前帧有信号，以当前帧含有最大计数的栅格和第二大计数栅格为共同基础进行数据下传；
9、基于栅格计数所对应的位置，确定下传数据的范围，并进行数据下传；
10、若只有max＞threshold，则当前帧有信号，以当前帧含有最大计数的栅格为基础进行数据下传；
11、若max＜threshold，则当前帧无信号，则将当前帧放入包含该帧的多个连续帧中，连续帧包括多个主帧；将多个连续帧数据下传的范围进行统一，以此作为连续帧中每个主帧的数据下传范围；
12、基于每个主帧确定的最大计数对应的栅格位置，判断多个连续帧是否有信号，如果多个连续帧中超过一半的主帧检测到信号，则该多个连续帧有信号；根据检测到信号的主帧，确定多个连续帧的数据下传范围，进行数据下传；
13、如果多个连续帧中任何一个主帧的最大栅格计数均小于阈值，则该多个连续帧无信号，取上一次使用的数据下传范围作为此次数据下传范围，提取该范围内的激光单光子数据。
14、进一步的，宽栅格直方图的信噪比snr＝max/noise，其中max为直方图最大栅格计数，noise为直方图统计本身噪声。
15、进一步的，直方图统计噪声其中，count为直方图统计的总计数和，binnumber为直方图栅格数。
16、进一步的，宽栅格直方图的阈值其中，n为噪声倍数。
17、进一步的，将多个连续帧数据下传的范围进行统一方法包括：取连续帧中识别出的最大计数对应的栅格的最大数据范围作为连续帧的数据处理范围。
18、一种基于fpga的激光单光子有效数据提取系统，包括：
19、初始直方图确定模块，fpga获取光子信息并形成主帧数据，基于主帧数据形成含有若干栅格的直方图；
20、高程直方图确定模块，将直方图的2个相邻栅格合并，统计合并后栅格的光子信息，即为高程信息；基于高程信息生成含有若干栅格的高程直方图；
21、宽栅格直方图确定模块，将高程直方图的至少2个相邻栅格合并，形成宽栅格直方图；
22、阈值确定模块，基于宽栅格直方图，计算宽栅格直方图的信噪比，基于信噪比，确定宽栅格直方图的阈值；
23、当前帧信号判断模块，基于宽栅格直方图的阈值，判断宽栅格直方图中最大栅格计数max以及第二大栅格计数max1与阈值threshold的大小；若max≥threshold且max1≥threshold，则当前帧有信号，以当前帧含有最大计数的栅格和第二大计数栅格为共同基础进行数据下传，基于栅格计数所对应的位置，确定下传数据的范围，并进行数据下传；若只有max＞threshold，则当前帧有信号，以当前帧含有最大计数的栅格为基础进行数据下传；若max＜threshold，则当前帧无信号，则将当前帧放入包含该帧的多个连续帧中，连续帧包括多个主帧；将多个连续帧数据下传的范围进行统一，以此作为连续帧中每个主帧的数据下传范围；
24、连续多帧信号判断模块，基于每个主帧确定的最大计数对应的栅格位置，判断多个连续帧是否有信号，如果多个连续帧中超过一半的主帧检测到信号，则该多个连续帧有信号，根据检测到信号的主帧，确定多个连续帧的数据下传范围，进行数据下传；如果多个连续帧中任何一个主帧的最大栅格计数均小于阈值，则该多个连续帧无信号，取上一次使用的数据下传范围作为此次数据下传范围，提取该范围内的激光单光子数据。
25、本发明与现有技术相比的有益效果是：
26、(1)本发明采用直方图统计的方法，能够有效找到目标信号的位置，根据信号位置，能够确定下传数据的范围，达到减少数据传输量的作用，以有效提取包含地物范围的数据；
27、(2)本发明能够使原始数据经过直方图统计功能和超级帧处理功能减少噪声对目标检测的影响，增强目标信号的检测概率和下传数据量的有效删减，获取包含目标的有效数据范围。
28、(3)利用本发明，可以提高目标获取的能力，增强目标检测的概率。
1.一种基于fpga的激光单光子有效数据提取方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于fpga的激光单光子有效数据提取方法，其特征在于，宽栅格直方图的信噪比snr＝max/noise，其中max为直方图最大栅格计数，noise为直方图统计本身噪声。
3.根据权利要求2所述的一种基于fpga的激光单光子有效数据提取方法，其特征在于，直方图统计噪声其中，count为直方图统计的总计数和，binnumber为直方图栅格数。
4.根据权利要求3所述的一种基于fpga的激光单光子有效数据提取方法，其特征在于，宽栅格直方图的阈值其中，n为噪声倍数。
5.根据权利要求1所述的一种基于fpga的激光单光子有效数据提取方法，其特征在于，将多个连续帧数据下传的范围进行统一方法包括：取连续帧中识别出的最大计数对应的栅格的最大数据范围作为连续帧的数据处理范围。
6.一种基于fpga的激光单光子有效数据提取系统，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的一种基于fpga的激光单光子有效数据提取系统，其特征在于，宽栅格直方图的信噪比snr＝max/noise，其中max为直方图最大栅格计数，noise为直方图统计本身噪声。
8.根据权利要求7所述的一种基于fpga的激光单光子有效数据提取系统，其特征在于，直方图统计噪声其中，count为直方图统计的总计数和，binnumber为直方图栅格数。
9.根据权利要求8所述的一种基于fpga的激光单光子有效数据提取系统，其特征在于，宽栅格直方图的阈值其中，n为噪声倍数。
10.根据权利要求6所述的一种基于fpga的激光单光子有效数据提取系统，其特征在于，将多个连续帧数据下传的范围进行统一方法包括：取连续帧中识别出的最大计数对应的栅格的最大数据范围作为连续帧的数据处理范围。
