【摘要】：云影響著飛機的安全起飛和著陸,云底高度作為云的重要參數(shù)之一,實時準(zhǔn)確觀測云底高度,是航空飛行氣象保障的基本要求。目前地面上常用的云底高度觀測設(shè)備為激光云高儀,激光云高儀又分為地基固定式和手持便攜式兩種,而手持便攜式激光云高儀的發(fā)展遠遠落后于地基固定式激光云高儀。傳統(tǒng)手持便攜式激光云高儀的激光回波信號處理部分采用的是模擬電路設(shè)計,以單脈沖計數(shù)的工作方式對云底高度進行測量,在實際工作中容易受到噪聲和氣溶膠的干擾,對云底高度識別不準(zhǔn)確,容易造成“虛測”和“漏測”等現(xiàn)象。針對傳統(tǒng)便攜式激光云高儀無法準(zhǔn)確識別云底高度的問題,本文采用了在傳統(tǒng)便攜式激光云高儀回波信號接收處理端加裝基于FPGA和ARM組合的高速數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)借助于高集成度FPGA芯片的數(shù)據(jù)并行處理優(yōu)勢和ARM芯片的低功耗、高性能特點,為傳統(tǒng)便攜式激光云高儀的升級改進提供了一個片上系統(tǒng)數(shù)字化解決方案。系統(tǒng)利用FPGA完成激光回波強度信息的數(shù)字化采樣,利用ARM對回波強度采樣數(shù)據(jù)進行多維信息反演處理,實現(xiàn)云底高度的精確測量。針對激光云高儀回波信號容易受噪聲污染的問題,本文采用了一種基于自相關(guān)和SG濾波的集成經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解算法對含噪信號進行處理。同時,為了便于野外機動環(huán)境下云底高度的測量,系統(tǒng)在便攜式激光云高儀上首次采用GPS/北斗雙模定位模塊來監(jiān)測云層對應(yīng)的地理位置信息。系統(tǒng)硬件部分主要包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)緩存模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)通信傳輸模塊、雙模定位模塊和供電模塊。系統(tǒng)軟件開發(fā)主要由Quartus Ⅱ和MDK5開發(fā)工具完成,來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲和傳輸?shù)裙δ�。最�?為了便于用戶實時直觀的監(jiān)測云底高度和云層地理位置等信息,系統(tǒng)在Visual Studio平臺上完成上位機軟件開發(fā)。改進后的便攜式激光云高儀與地基固定式CHM 15K激光云高儀作對比試驗,兩者測試結(jié)果較為一致,最終說明該系統(tǒng)為傳統(tǒng)便攜式激光云高儀的改進升級提供了一種可靠的解決方案。
【圖文】：

對長波輻射影響較大，會使地表和大氣向外放出的長波輻射顯表和大氣升溫。而低云則反之，低云對太陽光的反射較強，對長波輻射影系統(tǒng)有負的輻射強迫，因此會使地表和大氣降溫。云底高度主要指地面距離，此外云底高度對于數(shù)值天氣預(yù)報模式及降水的估計同樣重要。在，云底高度是一項重要的觀測項目。逡逑的宏觀特征通常包括云底高、云頂高、云厚及云量等，其中云底高度作測參數(shù)之一，它影響著飛機的安全起飛和著落。飛機大部分事故發(fā)生在起段的事故率占總體飛機事故的８０％以上，從安全角度分析，多數(shù)飛行事關(guān)，而低云和低能見度則是其中的罪魁禍?zhǔn)�。云中明暗交替的環(huán)境會讓，對一些飛行情況會產(chǎn)生錯誤操作。降落時，，云亦會使飛行員無法看清響安全著落。準(zhǔn)確測量云底高度，可使飛行員盡量避免飛機入云、出云礙物太近導(dǎo)致沒有時間和條件進行降落地點修正的情況，從而有效避此，實時準(zhǔn)確觀測云，是航空飛行保障的基本要求。逡逑

逡逑其探測原理如下圖１．２所示。逡逑＾＝＝＝１逡逑發(fā)射妹沖邐檢ｉｌ錢沖逡逑——－逡逑圖１．２激光測距儀探測原理逡逑但是在實際情況下，云的底面并不平滑也不清晰，有時還很稀薄，云底下層的大氣逡逑氣溶膠密度較高，接收機接收到的激光回波信號有時會低于設(shè)備系統(tǒng)噪聲，所以容易發(fā)逡逑生“漏測”現(xiàn)象。同時固體激光器的驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，制作成本較高，這些都大大逡逑限制了其發(fā)展。逡逑２０世紀８０年代后期出現(xiàn)了半導(dǎo)體激光器，同時低閾值的雪崩光電二極管探測器、逡逑微脈沖累積技術(shù)、濾波技術(shù)和高速采集技術(shù)的發(fā)展，都極大地提高了最遠可測量的距離。逡逑目前地面固定式激光云高儀通過將微脈沖激光進行累加，然后結(jié)合高速數(shù)字化采集技術(shù)逡逑進行信號的高速采集，最后使用反演方法進行云底高度識別。這種探測方法與激光測距逡逑儀測量方法對比
【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】：2018
【分類號】：TN249;V321.212

【參考文獻】

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3 張強;行鴻彥;;基于EMD方差特性的混沌信號自適應(yīng)去噪算法[J];電子學(xué)報;2015年05期

4 徐新宇;徐玉婷;林斗勛;;一種適于FPGA芯片的SRAM單元及外圍電路設(shè)計[J];電子與封裝;2014年04期

5 趙勇;孟李林;李小龍;;Cyclone Ⅳ系列FPGA的配置方式及其工程應(yīng)用[J];微型機與應(yīng)用;2013年19期

6 王穎;;ST為STM32F4高性能嵌入式開發(fā)生態(tài)系統(tǒng)注入活力[J];中國電子商情(基礎(chǔ)電子);2013年10期

7 卜令兵;莊一洲;徐中兵;丘祖京;邵楠清;呂敏;張強;;用于激光云高儀的微分增強云檢測方法[J];紅外與激光工程;2013年08期

8 徐僖;楊傳順;;基于PIC單片機的簡易數(shù)字示波器設(shè)計[J];電子技術(shù);2012年10期

9 楊成武;劉文清;張玉鈞;;用于反演云底高度的峰值面積積分算法[J];紅外與激光工程;2012年10期

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1 殷利慶;基于Cortex-A9的激光雷達遠程監(jiān)控系統(tǒng)研究設(shè)計[D];北方民族大學(xué);2017年

2 羅明星;半導(dǎo)體激光云高儀收發(fā)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與設(shè)計[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2017年

3 盧圣才;基于FPGA和STM32的數(shù)字化多道脈沖幅度分析器設(shè)計[D];成都理工大學(xué);2013年

4 李超;基于FPGA+USB2.0高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D];武漢理工大學(xué);2013年

5 鄒偉;基于FPGA的數(shù)字化多道脈沖幅度分析器的研制[D];成都理工大學(xué);2012年

6 史會林;雙金屬激光焊接機技術(shù)研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2011年

7 佘乾順;微弱電流檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D];西北師范大學(xué);2009年

8 吳應(yīng)明;便攜式脈沖激光測距儀的研制[D];西安電子科技大學(xué);2009年

9 趙宇玲;基于FPGA的信號采集與處理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D];南京理工大學(xué);2008年

本文編號：2589217