Lidar控制与数据采集系统研究
发布时间：2023-02-03 14:18
激光雷达是将激光作为载波来对目标进行探测,具有较高分辨率以及较强的抗干扰能力,因此在大气风场探测、地理测绘、交通测速、生物医学等领域有着广泛的应用。在大气风场探测领域,激光雷达主要是利用光的多普勒效应来对激光与大气粒子相互作用后的激光频率的变化进行探测,根据探测结果最后通过反演算法获得风场信息。从探测方式上来说,测量多普勒频移主要有直接探测和相干探测两种方式。本论文主要针对这两种探测方式,分别设计了不同的激光雷达控制与采集系统。对于直接探测方式,通常的信号探测模式是使用单探测器,但是单探测器的缺点是会限制测风雷达的动态范围。当探测距离为30km时,电子学系统的线性动态范围要求达到了 5～6个数量级。在这种情况下,只采用模拟采样或单光子计数方式便很难满足需求。为了扩大单探测器下的测风雷达的动态范围,我们设计了一套具有大动态范围的基于单探测器的中高层激光测风雷达读出电子学系统。系统可以同时使用模拟采样和光子计数方式来进行探测。其中,模拟采样方式用于探测近场强回波信号,光子计数方式用于探测远场弱回波信号。同时,为了提高雷达标定的精确度,设计了积分采样通道用于激光能量校准。信号采集后,将模拟采...
【文章页数】：98 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 引言
1.1 激光雷达的发展
1.1.1 激光雷达的定义与用途
1.1.2 激光雷达国外研究现状
1.1.3 激光雷达国内研究现状
1.2 激光雷达探测原理
1.2.1 光的Doppler效应
1.2.2 直接探测方式
1.2.3 相干探测方式
1.3 激光雷达数据采集系统
1.4 本文主要研究内容
第2章 激光雷达控制与采集系统需求分析
2.1 355nm探测器及数据采集系统设计需求
2.1.1 355nm探测器系统需求
2.1.2 355nm数据采集系统
2.2 2μm探测器及数据采集系统设计需求
2.2.1 2μm探测器系统
2.2.2 2μm数据采集系统
2.3 激光雷达控制与采集系统总体设计方案
2.3.1 355nm探测器系统总体设计方案
2.3.2 2μm平衡探测器系统总体设计方案
2.4 激光雷达控制与采集系统设计方案总结
第3章 激光雷达控制与采集系统分系统设计
3.1 355nm多通道探测器及数据采集系统设计
3.1.1 PMT分压电路的设计与实现
3.1.2 模拟采样通道
3.1.3 光子计数通道
3.1.4 数据采集系统
3.2 2μm平衡探测器及数据采集系统设计
3.2.1 平衡探测器
3.2.2 数据采集系统
3.3 激光雷达控制与采集系统电源设计
3.4 数据采集软件设计
第4章 系统测试及分析
4.1 355nm多通道探测器及数据采集系统测试
4.1.1 MOS管门控电路测试
4.1.2 PMT分压电路测试
4.1.3 光电倍增管工作高压的测试
4.1.4 DAC的线性度测试
4.1.5 光功率的标定实验
4.1.6 模拟采样通道的性能测试
4.1.7 信号采集系统测试
4.2 2μm平衡探测器及数据采集系统测试
4.2.1 DAC的线性度测试
4.2.2 平衡探测器的性能测试
4.2.3 数据采集系统ADC有效位测试
4.3 测试结果分析与评价
第5章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]相干激光雷达中望远镜的优化及探测性能分析[J]. 贾晓东,孙东松,舒志峰,张飞飞,夏海云. 光学学报. 2015(03)
[2]All fiber pulsed coherent lidar development for wind profiles measurements in boundary layers[J]. 刁伟峰,张鑫,刘继桥,竹孝鹏,刘源,毕徳仓,陈卫标. Chinese Optics Letters. 2014(07)
[3]瑞利散射激光雷达强光感生噪声修正的新方法及大气温度探测[J]. 关塞,杨国韬,程学武,常岐海,杨勇,岳川,龚少华. 中国激光. 2014(07)
[4]相干激光测风雷达信号处理系统研究[J]. 李河均,张鹏飞,潘静岩,董光焰. 激光与红外. 2013(10)
[5]三波长拉曼偏振激光雷达系统研制及探测个例[J]. 刘东,陶宗明,吴德成,王珍珠,王邦新,钟志庆,伯广宇,谢晨波,周军,王英俭. 光学学报. 2013(02)
[6]Development of all-solid coherent Doppler wind lidar[J]. 竹孝鹏,刘继桥,毕德仓,周军,刁伟峰,陈卫标. Chinese Optics Letters. 2012(01)
[7]相干多普勒激光测风雷达系统研究[J]. 李冬梅,郑永超,潘静岩,谢亚峰,董光焰. 光学技术. 2010(06)
[8]Mobile Rayleigh Doppler wind lidar based on double-edge technique[J]. 唐磊,舒志峰,董吉辉,王国成,汪永涛,徐文静,胡冬冬,陈廷娣,窦贤康,孙东松,Hyunki Cha. Chinese Optics Letters. 2010(08)
[9]Analysis of saturation signal correction of the troposphere lidar[J]. 刘智深,李志刚,刘秉义,李荣忠. Chinese Optics Letters. 2009(11)
[10]基于MCS-pci卡的激光雷达数据采集系统[J]. 陈绵云,张云鹏. 光电子.激光. 2008(04)
博士论文
[1]1.5μm波长全光纤多功能相干多普勒测风激光雷达[D]. 王冲.中国科学技术大学 2019
[2]1.55μm相干测风激光雷达样机的研制[D]. 贾晓东.中国科学技术大学 2015
[3]可重构激光雷达数据采集平台研究[D]. 高昕.中国科学技术大学 2014
[4]激光雷达数据采集系统框架研究[D]. 文斐.中国科学技术大学 2013
[5]2μm激光测风雷达外差探测方法与关键技术研究[D]. 李彦超.哈尔滨工业大学 2012
硕士论文
[1]基于FPGA的激光雷达高速数据采集和处理系统的研究[D]. 韦宏.中国海洋大学 2012
本文编号：3734586
【文章页数】：98 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 引言
1.1 激光雷达的发展
1.1.1 激光雷达的定义与用途
1.1.2 激光雷达国外研究现状
1.1.3 激光雷达国内研究现状
1.2 激光雷达探测原理
1.2.1 光的Doppler效应
1.2.2 直接探测方式
1.2.3 相干探测方式
1.3 激光雷达数据采集系统
1.4 本文主要研究内容
第2章 激光雷达控制与采集系统需求分析
2.1 355nm探测器及数据采集系统设计需求
2.1.1 355nm探测器系统需求
2.1.2 355nm数据采集系统
2.2 2μm探测器及数据采集系统设计需求
2.2.1 2μm探测器系统
2.2.2 2μm数据采集系统
2.3 激光雷达控制与采集系统总体设计方案
2.3.1 355nm探测器系统总体设计方案
2.3.2 2μm平衡探测器系统总体设计方案
2.4 激光雷达控制与采集系统设计方案总结
第3章 激光雷达控制与采集系统分系统设计
3.1 355nm多通道探测器及数据采集系统设计
3.1.1 PMT分压电路的设计与实现
3.1.2 模拟采样通道
3.1.3 光子计数通道
3.1.4 数据采集系统
3.2 2μm平衡探测器及数据采集系统设计
3.2.1 平衡探测器
3.2.2 数据采集系统
3.3 激光雷达控制与采集系统电源设计
3.4 数据采集软件设计
第4章 系统测试及分析
4.1 355nm多通道探测器及数据采集系统测试
4.1.1 MOS管门控电路测试
4.1.2 PMT分压电路测试
4.1.3 光电倍增管工作高压的测试
4.1.4 DAC的线性度测试
4.1.5 光功率的标定实验
4.1.6 模拟采样通道的性能测试
4.1.7 信号采集系统测试
4.2 2μm平衡探测器及数据采集系统测试
4.2.1 DAC的线性度测试
4.2.2 平衡探测器的性能测试
4.2.3 数据采集系统ADC有效位测试
4.3 测试结果分析与评价
第5章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]相干激光雷达中望远镜的优化及探测性能分析[J]. 贾晓东,孙东松,舒志峰,张飞飞,夏海云. 光学学报. 2015(03)
[2]All fiber pulsed coherent lidar development for wind profiles measurements in boundary layers[J]. 刁伟峰,张鑫,刘继桥,竹孝鹏,刘源,毕徳仓,陈卫标. Chinese Optics Letters. 2014(07)
[3]瑞利散射激光雷达强光感生噪声修正的新方法及大气温度探测[J]. 关塞,杨国韬,程学武,常岐海,杨勇,岳川,龚少华. 中国激光. 2014(07)
[4]相干激光测风雷达信号处理系统研究[J]. 李河均,张鹏飞,潘静岩,董光焰. 激光与红外. 2013(10)
[5]三波长拉曼偏振激光雷达系统研制及探测个例[J]. 刘东,陶宗明,吴德成,王珍珠,王邦新,钟志庆,伯广宇,谢晨波,周军,王英俭. 光学学报. 2013(02)
[6]Development of all-solid coherent Doppler wind lidar[J]. 竹孝鹏,刘继桥,毕德仓,周军,刁伟峰,陈卫标. Chinese Optics Letters. 2012(01)
[7]相干多普勒激光测风雷达系统研究[J]. 李冬梅,郑永超,潘静岩,谢亚峰,董光焰. 光学技术. 2010(06)
[8]Mobile Rayleigh Doppler wind lidar based on double-edge technique[J]. 唐磊,舒志峰,董吉辉,王国成,汪永涛,徐文静,胡冬冬,陈廷娣,窦贤康,孙东松,Hyunki Cha. Chinese Optics Letters. 2010(08)
[9]Analysis of saturation signal correction of the troposphere lidar[J]. 刘智深,李志刚,刘秉义,李荣忠. Chinese Optics Letters. 2009(11)
[10]基于MCS-pci卡的激光雷达数据采集系统[J]. 陈绵云,张云鹏. 光电子.激光. 2008(04)
博士论文
[1]1.5μm波长全光纤多功能相干多普勒测风激光雷达[D]. 王冲.中国科学技术大学 2019
[2]1.55μm相干测风激光雷达样机的研制[D]. 贾晓东.中国科学技术大学 2015
[3]可重构激光雷达数据采集平台研究[D]. 高昕.中国科学技术大学 2014
[4]激光雷达数据采集系统框架研究[D]. 文斐.中国科学技术大学 2013
[5]2μm激光测风雷达外差探测方法与关键技术研究[D]. 李彦超.哈尔滨工业大学 2012
硕士论文
[1]基于FPGA的激光雷达高速数据采集和处理系统的研究[D]. 韦宏.中国海洋大学 2012
本文编号：3734586
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