自動準直微脈沖激光雷達系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計與實驗測量.pdf

1、微脈沖激光雷達是探測大氣氣溶膠和云的一種有效工具,可以對氣溶膠和云的光學特性以及空間分布提供連續(xù)觀測。近年來,為了滿足自動化觀測的要求,除了激光雷達硬件系統(tǒng)的設(shè)計需要滿足探測需求外,發(fā)射與接收光軸的自動準直裝置以及人機界面友好、易操作的配套軟件也成為一套完整的自動化激光雷達系統(tǒng)所必需的部分。
　　本論文集中于研制一套能夠自動調(diào)整發(fā)射光軸的微脈沖激光雷達系統(tǒng),首先介紹了國內(nèi)外自動化程度較高的幾種微脈沖激光雷達并對其主要參數(shù)做了總結(jié)歸

2、納;其次介紹了微脈沖激光雷達的探測原理以及用Fernald方法反演大氣消光系數(shù)的方法。
　　在論文的主體部分,首先介紹了光軸自動準直的方法,對國際上常用的兩種自動準直方法、原理及應用做了介紹和對比,重點介紹了本論文采用的基于回波信號最大化調(diào)整發(fā)射光軸的自動準直方法,調(diào)整過程分為光軸粗調(diào)和光軸精調(diào)兩個步驟,對粗調(diào)和精調(diào)的設(shè)計做了詳細的論述;其次在系統(tǒng)硬件設(shè)計中,采用532nm、6μJ、3kHz的固體激光器作為發(fā)射光源,采用步進電機控

3、制的二維調(diào)整反射鏡來調(diào)整發(fā)射光軸,達到電控調(diào)整發(fā)射光軸的目的,接收系統(tǒng)采用卡塞格林望遠鏡,光電倍增管以光子計數(shù)方式采集信號,提高了系統(tǒng)的探測性能:在軟件系統(tǒng)設(shè)計中,基于LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument EngineeringWorkbench,實驗室虛擬儀器工作平臺)軟件分別設(shè)計了大氣回波數(shù)據(jù)實時采集軟件、大氣消光系數(shù)和THI(Time-height indication)反演及實時顯示軟件、光

4、軸手動與自動調(diào)整軟件。分析了軟件的設(shè)計流程和方法,并對軟件的效果做了展示,可以較好的應用于微脈沖激光雷達系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)反演、監(jiān)測和光軸控制中。然后對整個系統(tǒng)的集成做了整體規(guī)劃和機械設(shè)計。
　　初步的實驗測量和探測數(shù)據(jù)驗證了系統(tǒng)的工作性能。通過回波數(shù)據(jù)和消光系數(shù)觀察大氣狀態(tài)和氣溶膠的分布情況,通過THI圖觀察氣溶膠和云的光學特性隨時空變化,并給出了云底、云峰和云高的計算方法。最后對系統(tǒng)的后期發(fā)展提出了改進方案與展望。