本发明专利技术涉及一种用于天基激光测高的智能化数据采集方法及系统。本发明专利技术的智能化数据采集方法能够对数据采集过程进行控制并做异常处理，完成精确同步的双通道高速数据采集，实现实时的大容量、智能化数据存储；本发明专利技术的智能化数据采集系统主要由信号调理单元、信号切换开关、模数转换单元、数据缓存单元以及数据和控制单元组成，其中两个通道分别接收激光测高仪的发射波与回波。本发明专利技术具备系统结构紧凑、体积小，电路稳定可靠，检测的动态范围大，模数转换误差小，能够长期不间断地稳定工作，具有较高的精度和稳健性，能够实时采集、传输与存储所有的有用数据，能够为天基激光测高仪增加雷达探测功能，获取光斑范围内的地表高度分布和反射率的特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及遥感探测
，尤其涉及一种用于天基激光测高的智能化数据采集 方法及系统。
技术介绍
天基遥感探测技术是地球科学领域的重要技术，其中天基激光测高是利用卫星搭载 激光测高仪、从太空对星球表面轮廓进行探测。天基激光测高的工作原理为，天基激光 器持续地向地面发射激光，激光光束穿越大气到达地面后产生微弱的后向散射回波，该 散射回波再次穿越大气被测高系统中的望远镜所接收；通过光电探测器将激光回波转换 成电脉冲回波，通过分析该电脉冲回波的渡越时间TOF(time of flight)得到激光脉冲的渡越时间，从而得知地表光斑与测高系统间的距离^;然后通过下式计算激光光斑处的地表高度式中，7 ,是卫星轨道半径，0是激光光轴与卫星至地心连线的夹角，i^,是地球参考 表面的半径，通常为大地水准面；激光测高仪的联结方程(link equation)如下-式中，a是回波脉冲能量，五,是发射脉冲能量，^是接收望远镜的面积(平方米)，i m是测高仪与地面光斑之间的距离，^是目标表面反射率(朗伯)，r。是单程的大气透过率，t是系统透过率。显然，地表光斑内的高度分布和地表反射率都会对激光回波信号产生影响。因此，在4、 G、 r。和rs已知的情况下，如果能够获得发射脉冲信号与回波脉冲信号，就能够通过数据处理与分析获取地表光斑内的高度分布和反射率，从而为 天基激光测高仪增加雷达探测功能。本专利技术就是针对天基激光测高仪而研制的智能化数 据采集方法与系统。配备了这一数据釆集系统的天基激光测高仪不仅能够获取地球表面高度，建立全球 三维数字高程模型DEM(Digital Elevation Model),修正地面目标的空间地心坐标和平面 直角坐标，为定位目标提供必需的信息，还能获取海洋重力、海平面变化、海域气象、信息，以及陆地表面的植被覆盖情况(如 树冠高度、植被覆盖率等)。可见，具有雷达探测能力的天基激光测高技术具有十分广泛 的地球科学应用价值。目前，世界主要发达国家都在大力发展天基激光测高技术，美国明显处于世界领先 地位。受美国海军和导弹防御组织支持的位于著名的麻省理工大学的林肯实验室，为美 国军方研制了一系列的军用激光测高系统。而由美国国家航天航空局NASA(National Aeronautics and Space Administration)组织研制的一系列已经出色完成太空任务的民用天 基激光测高系统，同样能够反映这一研究领域的世界最新水平。其中最具代表性的是美 国地球观测系统EOS(Earth Observing System)中的地球科学激光测高系统GLAS (Geoscienee Laser Altimeter System)。这是第一个用于连续全球观测的激光测高系统，能 够测量冰被地形和相应的温度变化，同时也监测云层和大气的特性。此外，由NASA地 球科学探路者计划资助研制出的植被覆盖雷达VCL(Vegetation Canopy Lidar)能够通过测 量植被的垂直和水平结构以及土壤表面地形来描述地球的三维结构。航天激光测高系统 SLA(Shuttle Laser Altimeter)计划受到由NASA总部和Goddard空间飞行中心 GSFC(Goddard Space Flight Center)发起的行星地球任务计划的支持。由于采用了高速的 模数采集电路，该装置能够分析光斑范围内的地表高度变化。于1996年11月7号升空 的火星勘探号MGS(Mars Global Surveyor)宇宙飞船所携带的激光测高系统MOLA(Mars Orbiter Laser Altimeter) -2的距离分辨率为37 cm，能够探测到间距约为300 m的火星表面 轮廓。天基激光测高发射波与回波的特点是，脉冲本身的宽度很小(发射波持续时间20-40 ns，回波持续时间20-1000 ns)，而两个相邻的发射脉冲、两个相邻的回波脉冲以及某一 发射脉冲与其回波脉冲之间的时间间隔很宽。通常激光器的工作频率为10-40 Hz，因此 两个相邻的发射脉冲和两个相邻的回波脉冲之间的时间间隔约为25-100 ms。天基测高仪 的轨道高度通常高于250 km，考虑到地球上最高的山峰不超过10 km，那么某一发射脉 冲与其回波脉冲之间的时间间隔大于r = 2( 25(HQ)'1 = 1601 (这里光速c = 299,792,458 ms'1)。因此对于窄的发射波与回波，采样速率要足够高，如400MSPS,而对于没有有用信号的时间段，需要停止采集数据。这样，既能采集到完整的发射波和 回波数据，又能够剔除无用的数据，降低数据传输和存储的压力。因此，用于激光测高 的数据采集必须实现智能化，精确定位有用时间段和无用时间段。其次，由于现有的硅雪崩光电探测器APD (Avalanche Photodiode Detector)的带宽 最高为200MHz，那么从理论上讲，400MSPS就能够真实地再现所接收到的电脉冲信号了。因此，用于天基激光测高的高速数据采集系统最合适的采样率是400MSPS，既实现 了波形的完整保存，又不会有冗余的数据造成数据存储和传输的压力。而在采样率高于 IOOMSPS时，采样率越高，实时实现越困难。本专利技术利用双通道200M模拟/数字转换器 ADC (Analog-to-digital Converter)实现了 400M的采样率，完成了实时存储和传输，大 大提高了系统可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于天基激光测高的智能化数据采集方法及系统。为达到上述目的，本专利技术采用如下的技术方案 一种用于天基激光测高的智能化数据采集方法，包括如下步骤① 向主控机发出采集参数和时钟设置要求，主控机通过USB接口响应要求，传送 采集参数和系统时间，对数据采集系统的采集参数和本地时钟进行设置；② 向主控机发出启动命令，等待激光器发出发射同步触发信号；③ 接收到激光器发射同步触发信号后，开始进行发射脉冲的阈值甄别，记录过阈值 点、过阈值点之前的MB个点以及过阈值点之后的MA个点的数据，其中10《MB《20， 20《MA《40; 根据卫星轨道高度来设定回波甄别开始时间，所述回波甄别开始时间是指开始判 断回波是否超过阈值的时间与发射波过阈值时间之间的时间间隔； 检测到回波过阈值点之后，记录渡越时间，所述渡越时间是指回波过阈值点与发 射波过阈值点之间的时间间隔，记录过阈值点、过阈值点之前的NB个点以及过阈值点 之后的NA个点的回波数据，其中30《NB《40， 300《NA《500;⑥ 将有用的数据，包括回波放大器增益、渡越时间、发射脉冲数字信号、回波脉冲 数字信号以及系统时间存储在FLASH卡中，系统时间的精度要求为0.2毫秒级，系统时 间能够由主控机通过USB接口作调整，每10分钟自动调整一次；⑦ 当预定采集过程结束后，等待主控机传送数据指令，该指令到达后将回波数据和 采集参数通过USB接口上传至主控机；⑧ 将数据传送并以数据文件的形式存储在主控机上，每10分钟的数据打包成一个 数据文件。在步骤①中，所述的采集参数包括发射波阈值、回波阚值、发射波阈值前和发射波 阈值后的采集字节数、回波阈值前和回波阈值后的采集字节数、回波甄别本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于天基激光测高的智能化数据采集方法，其特征在于，包括如下步骤： ①向主控机发出采集参数和时钟设置要求，主控机通过ＵＳＢ接口响应要求，传送采集参数和系统时间，对数据采集系统的采集参数和本地时钟进行设置； ②向主控机发出启动命令，等待 激光器发出发射同步触发信号； ③接收到激光器发射同步触发信号后，开始进行发射脉冲的阈值甄别，记录过阈值点、过阈值点之前的ＭＢ个点以及过阈值点之后的ＭＡ个点的数据，其中１０≤ＭＢ≤２０，２０≤ＭＡ≤４０； ④根据卫星轨道高度来设定回波甄别 开始时间，所述回波甄别开始时间是指开始判断回波是否超过阈值的时间与发射波过阈值时间之间的时间间隔； ⑤检测到回波过阈值点之后，记录渡越时间，所述渡越时间是指回波过阈值点与发射波过阈值点之间的时间间隔，记录过阈值点、过阈值点之前的ＮＢ个点以 及过阈值点之后的ＮＡ个点的回波数据，其中３０≤ＮＢ≤４０，３００≤ＮＡ≤５００； ⑥将有用的数据，包括回波放大器增益、渡越时间、发射脉冲数字信号、回波脉冲数字信号以及系统时间存储在ＦＬＡＳＨ卡中，系统时间的精度要求为０．２毫秒级，系统时间 能够由主控机通过ＵＳＢ接口作调整，每１０分钟自动调整一次； ⑦当预定采集过程结束后，等待主控机传送数据指令，该指令到达后将回波数据和采集参数通过ＵＳＢ接口上传至主控机； ⑧将数据传送并以数据文件的形式存储在主控机上，每１０分钟的数据打包 成一个数据文件。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：易帆，黄春明，余长明，张云鹏，张绍东，岳显昌，何裕金，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。