【摘要】：云(霧)是一種復雜的大氣過程,是氣象和大氣科學研究的重要課題。云(霧)微觀狀態(tài)的一個重要參數(shù)就是云(霧)滴的譜分布,對滴譜分布的研究有助于揭示大氣狀態(tài)的物理變化過程、化學過程以及發(fā)生過程的機制和規(guī)律,提高人類對大氣的預測能力、對災害性天氣的防范能力及對大氣資源的開發(fā)和利用能力。本課題以此為背景,提出了顆粒檢測系統(tǒng)方案,設計了大角度側(cè)向光散射系統(tǒng),進行散射模型仿真,并對測試系統(tǒng)進行了硬件系統(tǒng)和軟件算法的設計。本文主要研究內(nèi)容如下：首先介紹了幾種顆粒檢測方法,確定在本課題中選用光散射法來測量顆粒粒徑分布。利用Mie散射理論建立散射模型,通過軟件仿真分析了單粒子和粒子群的散射特性。建立了E-D模型,比較了測量散射角的大小對測量散射光能量的影響,并結(jié)合異軸采光在機載系統(tǒng)的優(yōu)點,確定了本課題采用異軸大角度采光系統(tǒng)。其次利用對數(shù)正態(tài)分布建立了單峰雙峰分布模型,利用Mie散射理論推導出對應分布模型下光能的空間分布關(guān)系。介紹了基本的反演算法,結(jié)合光能系數(shù)矩陣和光能空間分布矩陣反演出顆粒系的分布,并和仿真建立的粒度分布進行比較。然后介紹了顆粒檢測系統(tǒng)工作原理及主要組成部分。對隔幀調(diào)制光源發(fā)射單元,面陣CCD圖像傳感器單元,以DSP為主芯片的數(shù)據(jù)采集、控制、處理單元等部分的工作原理及相關(guān)器件的選型做了詳細介紹。最后完成了系統(tǒng)中硬件與軟件部分的設計,其中硬件設計包括電源供電模塊電路、模擬信號視頻解碼電路、SDRAM存儲擴展電路、激光器驅(qū)動控制的設計。軟件設計給出了系統(tǒng)的軟件工作流程。本文通過Matlab仿真得到了Mie散射能量分布特性；建立了能量角度分布模型,比較數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)相同的情況下,采集光角度越大采集的光能量E越大,彌補了小角度法采集散射信息不足；利用直接和迭代法對單雙峰粒子分布進反演測試,比較了單雙峰反演粒徑分布與設定粒子分布,發(fā)現(xiàn)迭代算法誤差參數(shù)遠遠小于直接法反演誤差參數(shù),迭代一定次數(shù)就可以得到一個穩(wěn)的解,而且迭代法迭代式簡單約束條件少,便于后續(xù)DSP平臺算法移植。
【學位授予單位】：西安工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P409;P412

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本文編號：2750053