發(fā)布時間：2019-10-15 15:47

【摘要】：激光測云儀是常用的云底高觀測設(shè)備,其工作原理是發(fā)射一組激光脈沖,通過提取激光脈沖的回波峰值識別云底,根據(jù)激光脈沖的往返時間計算云底高度。常用的手持式激光測云儀的信息處理部分采用模擬電路設(shè)計,以單脈沖計數(shù)的工作方式對云底高度進行探測,在實際工作中容易受到噪聲、氣溶膠的干擾,對云底識別不準(zhǔn)確,造成“虛測” “漏測”現(xiàn)象,不能實時準(zhǔn)確報告云底高度,影響航空機場地面預(yù)報保障能力。針對單脈沖激光測云儀模擬信息處理電路無法準(zhǔn)確識別云底高度的問題,提出了在激光回波接收處理端加裝基于組合邏輯控制的數(shù)字化采集處理模塊,通過組合邏輯電路對高速AD轉(zhuǎn)換器與雙口 RAM的時序控制,完成對回波強度信息的數(shù)字化采樣,利用ARM對回波強度采樣數(shù)據(jù)進行多維信息綜合處理,實現(xiàn)云底高的精確測量。具體工作內(nèi)容如下:(1)針對常用的手持式激光測云儀直接采用電平閾值比較法確定云底、容易造成識別不準(zhǔn)確的問題,研究在其接收端加裝數(shù)字處理模塊,采用數(shù)字化高速采樣與多維信息綜合識別云底結(jié)合的設(shè)計方案,對手持式激光測云儀進行改進。(2)基于STM32F103VCT6微控制器完成對硬件電路的設(shè)計,將系統(tǒng)框架分為采集模塊、處理模塊、存儲模塊、通信單元模塊、時鐘模塊與電源模塊。重點設(shè)計了以組合邏輯電路為時序控制的采集模塊,代替了原本繁瑣復(fù)雜的軟件控制,而且降低了對微控制器主頻的要求。(3)利用開發(fā)工具Keil MDK4與Visual C++語言,完成數(shù)字化高速采樣系統(tǒng)的軟件開發(fā),實現(xiàn)數(shù)據(jù)高速采集、EEPROM保存、USART數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ�。并設(shè)計多維信息綜合處理算法,分別從強度、高度、寬度三個維度對云底進行綜合識別。(4)對系統(tǒng)的軟硬件模塊分別進行測試驗證,檢驗了數(shù)字化高速采樣系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等各個模塊的功能,并驗證了多維信息綜合處理方法對云底識別的有效性。改進后的手持式激光測云儀可以對4500m內(nèi)的云層進行觀探測,并可儲存超過100次帶有時間信息、以7.5m為采樣間隔的大氣回波數(shù)據(jù),通過反演算法處理大氣回波數(shù)據(jù)得到云底高信息,并與CHM15K測云儀作對比試驗,兩者匹配的云底高度較為一致。最后對硬件和算法存在的問題提出了改進措施與展望。
【圖文】：

邐第一章概述第一章概述逡逑１．１研究目的和意義逡逑云是由空中的小水滴、冰晶或冰水混合物組成的聚合體。太陽光在地球陸地、海面和植物表面，使水蒸發(fā)上升，在空中凝結(jié)或凝華形同類型的云。天空中的云形態(tài)萬千，變化多端，云對天氣的演變起著的預(yù)示作用，云的分布、變化、外形、移動和數(shù)量都標(biāo)志了當(dāng)時大氣各種物理狀況。云的形成和演變，是大氣運動過程中的具體表現(xiàn)形式，助對云的觀測，對判斷大氣運動的狀況、短期臨近大氣預(yù)報有至關(guān)重義［ｗ］。但由于云的時空分布及其變化的復(fù)雜性，目前對云的分布、以及與天氣的關(guān)系還有許多未知的部分，所以進一步完善對云的微觀觀探測，，深入理解云對大氣和氣候的影響有著至關(guān)重要的作用。逡逑

在較為明顯的界面，通過記錄激光脈沖從發(fā)射端到達(dá)云底的往返時間來計逡逑算云底高度，差別在于對云這樣的“軟目標(biāo)”進行探測時改變了回波信號的逡逑處理方法，如圖１．２和１．３所示。逡逑｜（邋ｄ：ｅＡｔ／２邋Ａ邐大氣分子氣》膠粒子逡逑灥沖邐灥沖逡逑■４ｒ－逡逑圖１．２激光雷達(dá)硬目標(biāo)探測邐圖１．３激光雷達(dá)大氣探逡逑但在大多數(shù)情況下，云的底面并不清晰和平滑，且下層大氣的氣溶膠逡逑或霧霾密度又較高，云底的激光回波信號有時會低于系統(tǒng)噪聲，不易達(dá)到逡逑其回波信號大于系統(tǒng)噪聲約一個量級的要求，漏測的現(xiàn)象在實際測量中時逡逑有發(fā)生。近年來，隨著激光器技術(shù)、高速數(shù)字化電子器件以及計算機技術(shù)逡逑的高速發(fā)展，激光測云儀普遍采用了微脈沖激光累加技術(shù)和高速數(shù)字化采逡逑３逡逑
【學(xué)位授予單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH765.6;TN249

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本文編號：2549707