多普勒激光测风雷达控制与数据采集研究

论文摘要

激光多普勒雷达是目前惟一能提供全球三维风场数据的有效工具。而雷达控制的实现将直接影响系统的性能。由于雷达系统复杂,并且对控制精度、实时性的要求高,这些增加了控制系统的设计难度。另外,由于激光雷达回波信号随距离的衰减快,一般采用光电倍增管(PMT)模拟方式与光子计数方式相结合的探测方法,这样使得数据采集系统都较为复杂,并且也使数据处理的难度增大。鉴频系统直接决定着雷达其他子系统的实现方式。本文从雷达系统的探测方式入手,对激光测风雷达控制系统进行了总体设计。确定以虚拟仪器技术来开发整个控制系统,以一台计算机为控制中心,以Lab VIEW作为开发平台,这样在数据传输和数据处理上大大提高系统的效率。然后利用虚拟仪器技术重点研究并实现了基于角度调谐的双边缘技术的鉴频系统初始工作点的定标,实现控制与数据采集的同步和高效的数据处理,使定标过程在较短的时间内完成,达到了所需的控制精度。另外,本文以硅光电倍增器SiPM作为探测器,以高速数据采集卡作为硬件核心开发雷达数据采集与处理系统过程。对探测器的光子响应特性和暗计数特性进行了研究,以此为依据设计算法来通过软件实现光子计数。这样使得采集系统大大简化,并且提供统一的数据格式以方便后续的风场反演。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 多普勒激光测风雷达研究进展
• 1.2.1 国外研究进展
• 1.2.2 国内研究进展
• 1.3 虚拟仪器技术与LabVIEW
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 激光测风雷达控制系统总体设计
• 2.1 引言
• 2.2 雷达系统基本原理与结构组成
• 2.2.1 基于角度调谐的双边缘技术
• 2.2.2 雷达系统结构组成
• 2.3 雷达功能模块的划分
• 2.4 测风雷达控制网络与工作流程
• 2.5 软件平台
• 2.6 本章小结
• 第3章 鉴频系统初始工作点定标
• 3.1 引言
• 3.2 角度调谐双边缘技术工作点标定实现方法
• 3.3 LabVIEW程序的编写
• 3.3.1 前面板的设计
• 3.3.2 程序框图的设计
• 3.4 实验结果及分析
• 3.4.1 透过率曲线的扫描
• 3.4.2 工作点位置的确定
• 3.4.3 调偏镜与F-P标准具位置调整
• 3.5 本章小结
• 第4章 回波信号采集与预处理研究
• 4.1 引言
• 4.2 数据采集硬件介绍
• 4.2.1 数据采集卡
• 4.2.2 硅光电倍增器
• 4.3 回波信号采集与数据处理方法
• 4.4 数据采集与预处理软件设计
• 4.4.1 操作界面设计
• 4.4.2 软件程序结构
• 4.4.3 各功能模块的设计
• 4.5 回波信号测量实验
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢