能見度,特別是斜程能見度,是大氣測量中很難測準(zhǔn)的參數(shù)之一,在航空領(lǐng)域中直接影響飛行器起飛降落的安全性。斜程能見度反演時需要高精度的氣溶膠消光系數(shù)廓線,而激光雷達(dá)作為一種主動式遙感探測手段,其具有高時空分辨率和高探測靈敏度的優(yōu)勢,已成為探測氣溶膠消光系數(shù)、后向散射系數(shù)和光學(xué)厚度等光學(xué)特性的重要儀器。目前激光雷達(dá)大多采用豎直模式工作,以探測大氣層的光學(xué)特性廓線,如果增加二維掃描功能,則可用于探測斜程能見度。本文主要研究斜程能見度激光雷達(dá)的二維掃描機(jī)電系統(tǒng),為斜程能見度探測提供高精度、高可靠的技術(shù)支持。二維掃描機(jī)構(gòu)是斜程能見度激光雷達(dá)的重要部件之一,根據(jù)其主要技術(shù)指標(biāo),本文設(shè)計了一套激光雷達(dá)二維掃描機(jī)械系統(tǒng)。首先探討分析了大氣斜程能見度的激光雷達(dá)探測理論,基于速度為0.05°/s-6°/s和精度為0.05。的設(shè)計要求,采用了1:70減速比的蝸輪蝸桿驅(qū)動副機(jī)構(gòu),并進(jìn)行了靜力學(xué)分析,采用了調(diào)心滾子軸承作為回轉(zhuǎn)運動副,由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動蝸桿進(jìn)行動力傳遞,采用增量式光電編碼器作為位置及速度的測量環(huán)節(jié),通過控制器,形成半閉環(huán)控制結(jié)構(gòu),可對位置偏差進(jìn)行實時補(bǔ)償,提高掃描機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)精度和響應(yīng)速度。最后對掃描反...

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究進(jìn)展
        1.2.1 能見度的發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.2 激光雷達(dá)能見度探測的發(fā)展現(xiàn)狀
    1.3 論文主要工作及研究內(nèi)容
2 斜程能見度激光雷達(dá)系統(tǒng)
    2.1 激光雷達(dá)遙感原理
        2.1.1 激光與大氣的散射作用
        2.1.2 激光雷達(dá)探測工作原理
    2.2 氣溶膠的反演算法
        2.2.1 Klett 反演算法
        2.2.2 Fernald 反演算法
        2.2.3 Raman 反演算法
    2.3 能見度激光測量原理
        2.3.1 能見度的基本方程
        2.3.2 水平能見度方程
        2.3.3 斜程能見度方程
    2.4 斜程能見度激光雷達(dá)系統(tǒng)構(gòu)成
    2.5 二維掃描機(jī)電系統(tǒng)
        2.5.1 二維掃描機(jī)構(gòu)方案對比與選擇
        2.5.2 二維掃描機(jī)構(gòu)電控模塊設(shè)計
    2.6 本章小結(jié)
3 二維掃描激光雷達(dá)的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計
    3.1 掃描機(jī)構(gòu)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
    3.2 二維掃描回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計
        3.2.1 回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析
        3.2.2 運動副設(shè)計和計算
        3.2.3 蝸輪蝸桿的設(shè)計和校核
        3.2.4 回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的裝配圖
    3.3 掃描反射鏡設(shè)計
    3.4 本章小結(jié)
4 激光雷達(dá)集成控制軟件
    4.1 二維掃描激光雷達(dá)系統(tǒng)構(gòu)成
    4.2 激光雷達(dá)的通信方式
        4.2.1 二維掃描系統(tǒng)的通信
        4.2.2 激光器網(wǎng)絡(luò)通信
    4.3 激光雷達(dá)系統(tǒng)的軟件設(shè)計
        4.3.1 掃描運動控制模塊
        4.3.2 激光器控制模塊
        4.3.3 數(shù)據(jù)采集模塊
    4.4 人機(jī)交互界面設(shè)計
    4.5 本章小結(jié)
5 斜程能見度激光雷達(dá)初步實驗觀測及分析
    5.1 自適應(yīng)算法分析及研究
        5.1.1 邊界高度自適應(yīng)選取
        5.1.2 邊界值反演算法
    5.2 初步實驗觀測及分析
        5.2.1 二維掃描實驗
        5.2.2 觀測實驗
    5.3 本章小節(jié)
6 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀學(xué)位期間主要研究成果



本文編號：3875179