【摘要】：云作為天氣和大氣狀況的重要表現(xiàn)形式,其研究意義尤為重要。激光云高儀是測(cè)量云層高度及反映其狀態(tài)的重要工具。目前,云高儀的設(shè)計(jì)絕大多數(shù)是參照雷達(dá)技術(shù),由雷達(dá)技術(shù)所設(shè)計(jì)的云高儀,其機(jī)械和電路的組成結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜,而且價(jià)格昂貴。本文針對(duì)以上情況,根據(jù)脈沖法測(cè)量原理,采用小功率激光器和PIN探測(cè)器設(shè)計(jì)了一種基于FPGA的高速信號(hào)采集處理系統(tǒng),構(gòu)建便攜式激光云高儀系統(tǒng)。本文設(shè)計(jì)的便攜式激光云高儀系統(tǒng)由905nm功率激光發(fā)射器發(fā)射高頻單脈沖,經(jīng)云層反射后由PIN探測(cè)器獲取該后向反射信號(hào),然后基于CycloneⅣ FPGA定制了 ADC控制接口并配合系統(tǒng)時(shí)序完成高速數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)與處理,最后計(jì)算得出云底高度并上傳數(shù)據(jù)。本論文設(shè)計(jì)了激光發(fā)射電路、PIN光電探測(cè)及調(diào)理電路、高速模數(shù)轉(zhuǎn)換電路及FPGA控制處理系統(tǒng)。其中利用CycloneⅣ FPGA定制了激光發(fā)射電路控制接口、數(shù)據(jù)采集控制接口、12864顯示控制接口,并集成了 NIOS Ⅱ處理器IP、MAX232接口 IP。數(shù)據(jù)處理部分將采集到的數(shù)據(jù)依據(jù)曲率分段后,利用C語言編程實(shí)現(xiàn)了快速小波除噪的算法,并將結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析,實(shí)現(xiàn)了云高的檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)表明:本文設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高速采集,其系統(tǒng)集成度高,抗干擾能力強(qiáng);本文設(shè)計(jì)的激光云高儀系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)中能夠良好地接收激光反射信號(hào),經(jīng)調(diào)試后能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)云底高度的測(cè)量,且測(cè)量結(jié)果一致性較好。
【圖文】：

氣狀況、氣候狀況、環(huán)境狀況等。如何準(zhǔn)確地測(cè)量云層高度，對(duì)上述領(lǐng)域尤為逡逑重要。因此，測(cè)量云底的高度（距離）是本文研究的重點(diǎn)。逡逑目前對(duì)云層距離的測(cè)量多采用目測(cè)法、衛(wèi)星法、毫米波雷達(dá)法［５］（如圖１－１，逡逑圖１－２）等。目測(cè)法是選取一個(gè)參照目標(biāo)并采用人眼對(duì)云層距離進(jìn)行估算，顯然逡逑這個(gè)測(cè)量方法精度不夠準(zhǔn)確；衛(wèi)星法是通過遙感衛(wèi)星［６］拍攝的云層圖像分析對(duì)逡逑比得出云層信息，該方法不僅需要火箭發(fā)送衛(wèi)星，成本高，而且從遙感圖像得逡逑出的信息精度不夠；毫米波雷達(dá)［７］通過發(fā)射波長(zhǎng)介于１？１０ｍｍ之間的電磁波，，逡逑通過大氣反射回波得到云層信息，該方法雖然精度較好，但是設(shè)備成本高昂。逡逑大氣激光探測(cè)是在原有的雷達(dá)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展出來的新的激光雷達(dá)技術(shù)。激光逡逑云高儀利用激光方向性好、相干性強(qiáng)、單色性好以及高亮度等突出特點(diǎn)，體現(xiàn)逡逑出很高的探測(cè)精度和分辨率，基于不同波長(zhǎng)激光對(duì)不同物質(zhì)吸收、散射率不同逡逑的特性，可以對(duì)反射目標(biāo)物質(zhì)的特性進(jìn)行分析。正是由于激光在這些方面的突逡逑出優(yōu)點(diǎn)

Ｌ邐ｒｉ逡逑圖１－３云高儀ＣＳ１３５邐圖１－４邋Ｖａｉｓａｌａ公司的云高儀逡逑國(guó)內(nèi)激光器的發(fā)展相對(duì)于國(guó)外晚十年。我國(guó)于１９７２年成功的研制出了邋ＪＣＹ－１逡逑型精密氣體激光測(cè)距機(jī)；次年，推出了邋ＪＣＹ－２型精密氣體激光測(cè)距機(jī)。１９９６年，逡逑上海光機(jī)所成功研制出了便攜式半導(dǎo)體激光測(cè)距機(jī)，測(cè)距精度為３ｍ。緊接著幾逡逑年里，體積小、精度高的便攜式測(cè)距機(jī)成為研宄的主題。１９９９年，為提高測(cè)量逡逑精度，詳細(xì)地判別了誤差來源，認(rèn)為測(cè)距的誤差主要是由于受到接收系統(tǒng)響應(yīng)逡逑時(shí)間和自量化時(shí)鐘的頻率穩(wěn)定度以及脈寬的影響。２００５年，清華大學(xué)趙大龍、逡逑秦來貴等研宄員對(duì)激光測(cè)距儀接收光信號(hào)靈敏度等問題做了初步分析，并提出逡逑了自觸發(fā)測(cè)量距離的解決方案，以減少測(cè)量誤差。２００７年，中國(guó)科學(xué)院上海物逡逑理研究所采用了專用時(shí)間間隔測(cè)量芯片ＴＤＣ－ＧＰＩ
【學(xué)位授予單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TH765.6;TN791

【參考文獻(xiàn)】

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1 廖希偉;宋小全;王東祥;張倩;戴光耀;吳松華;;激光云高儀對(duì)那曲地區(qū)大氣邊界層高度的探測(cè)分析[J];光子學(xué)報(bào);2016年05期

2 羅遠(yuǎn);賀巖;耿立明;王明建;雷琳君;吳姚芳;胡善江;侯霞;陳衛(wèi)標(biāo);;基于光子計(jì)數(shù)技術(shù)的遠(yuǎn)程測(cè)距激光雷達(dá)[J];中國(guó)激光;2016年05期

3 宗蓉;郭偉;仲凌志;;毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)探測(cè)云邊界的對(duì)比分析[J];激光技術(shù);2016年02期

4 熊顯名;李三龍;張文濤;張良;李鵬飛;;激光雷達(dá)測(cè)距系統(tǒng)光源驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)[J];紅外與激光工程;2016年02期

5 孫績(jī)?nèi)A;樊風(fēng);徐安倫;董保舉;;西南季風(fēng)爆發(fā)前后大理近地層風(fēng)場(chǎng)及湍流通量的變化特征[J];氣候與環(huán)境研究;2015年04期

6 劉書銘;施紅;馮蕾;;考慮集膚效應(yīng)與鄰近效應(yīng)的變壓器諧波損耗模型[J];電力自動(dòng)化設(shè)備;2015年03期

7 李思騰;馬舒慶;高玉春;楊玲;蒲曉虎;陶法;;毫米波云雷達(dá)與激光云高儀觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析[J];氣象;2015年02期

8 王康;張玉鈞;李勝;尤坤;劉文清;;基于FPGA的半導(dǎo)體激光云高儀數(shù)據(jù)采集處理方法[J];大氣與環(huán)境光學(xué)學(xué)報(bào);2015年01期

9 趙一鳴;李艷華;商雅楠;李靜;于勇;李涼海;;激光雷達(dá)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)[J];遙測(cè)遙控;2014年05期

10 吳舉秀;魏鳴;周杰;;94 GHz云雷達(dá)回波及測(cè)云能力分析[J];氣象學(xué)報(bào);2014年02期

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1 武麥鳳;吉慶;米潔;;長(zhǎng)波調(diào)整背景下關(guān)中東部強(qiáng)對(duì)流天氣過程分析[A];第32屆中國(guó)氣象學(xué)會(huì)年會(huì)S1 災(zāi)害天氣監(jiān)測(cè)、分析與預(yù)報(bào)[C];2015年

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1 文斐;激光雷達(dá)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框架研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

2 賈方秀;多頻調(diào)制的相位法激光測(cè)距中若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

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1 許可;云輻射強(qiáng)迫效應(yīng)對(duì)熱帶氣旋的影響[D];南京信息工程大學(xué);2015年

2 王簫鵬;基于激光雷達(dá)數(shù)據(jù)自動(dòng)反演云參數(shù)算法及應(yīng)用研究[D];中國(guó)海洋大學(xué);2014年

3 孫興信;脈沖式激光測(cè)距儀的硬件設(shè)計(jì)[D];電子科技大學(xué);2014年

4 劉爍;基于FPGA的高速數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];西安電子科技大學(xué);2014年

5 吳慶生;基于時(shí)差法的激光測(cè)距方法與應(yīng)用[D];東北石油大學(xué);2014年

6 遲婷婷;連續(xù)波激光雷達(dá)測(cè)距新方法的研究[D];天津理工大學(xué);2013年

7 陸建兵;毫米波測(cè)云雷達(dá)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[D];南京理工大學(xué);2010年

8 王芳;小波分析在信號(hào)去噪中的應(yīng)用研究[D];西華大學(xué);2009年

9 劉志平;基于FPGA的高速數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];西安電子科技大學(xué);2009年

10 陳玉寶;大氣激光探測(cè)電子模擬器及脈沖激光峰值保持器[D];中國(guó)海洋大學(xué);2008年

本文編號(hào)：2526267