【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于气象检测
,涉及一种测量云层高度和厚度的硬件和软件配合方法,尤其涉及一种基于高速FPGA特性并采用极其陡峭的脉冲上升沿和全光路数据采集的硬件方法和根据曲率分段以及快速小波滤波的提高云层高度的测量精度的软件方法。
技术介绍
云层高度和厚度测量是应用光学原理和电子传感器及处理技术,利用高能脉冲发射和接收时间差的关系进而测算距离而建立起来的一类分析方法。基于高速FPGA的云层高度及厚度测量仪的特点是速度快,处理系能强,单片集成,无需多余的外围芯片,便于实现SOPC和分块移植,可用于连续、无线及远程测量,在气象、民用和交通等各个领域有着广泛的应用。在云层高度和厚度测量仪器的实测过程中,由于激光的传输速度极快并且大气环境干扰和后向反射信号微弱,使采集数据中存在一定噪声,同时由于高速A/D转换、数据采集等原因,测量仪实测数据中必定会存在异常值,从而降低测量精度。因此,提出一种适合测量云层高度及厚度的高速硬件采集方案和数据平滑处理方法是提高仪器测量精度的必要手段。目前,对于仪器的硬件处理方案是基于TDC时间处理芯片的时间测量方案;测量数据的平滑处理主要采用数值计算方法,如利用加权平均滑动及偏最小二乘法建立多元线性回归模型,从而提高检测精度的方法。但该两种方法一个是不便于留下原始的高频信号,另一个是将多个测量点代入模型进行计算以减少外部因素的影响,不适合云层高度及厚度测量仪器使用。在云 ...
【技术保护点】
一种测量云层高度和厚度的硬件装置,其特征是,包括FPGA,所述FPGA分别连接激光驱动模块、信号接收模块、信号转换模块、液晶显示模块和片外闪存模块,所述激光驱动模块连接激光发射器,所述信号接收模块包括PIN光电传感器、ADC模块和信号调理模块,所述PIN光电传感器连接信号调理模块,所述信号调理模块连接ADC模块,所述信号转换模块包括max232电平转换模块及与其通信的上位机,所述FPGA内部集成了IP core,所述IP core包括系统架构互联总线、nios ii处理器、ADC控制接口、DMA控制接口、激光脉冲控制接口、片上sram1、片上sram2、avalon‑mm三态桥接口、RS‑232接口、LCD接口和avalon‑mm总线,所述max232电平转换模块连接RS‑232接口,所述ADC模块连接ADC控制接口,所述激光驱动模块连接激光脉冲控制接口,所述液晶显示模块连接LCD接口,所述片外闪存模块连接avalon‑mm三态桥接口。
【技术特征摘要】
1.一种测量云层高度和厚度的硬件装置,其特征是,包括FPGA,所述FPGA
分别连接激光驱动模块、信号接收模块、信号转换模块、液晶显示模块和片外闪
存模块,所述激光驱动模块连接激光发射器,所述信号接收模块包括PIN光电
传感器、ADC模块和信号调理模块,所述PIN光电传感器连接信号调理模块,
所述信号调理模块连接ADC模块,所述信号转换模块包括max232电平转换模
块及与其通信的上位机,所述FPGA内部集成了IPcore,所述IPcore包括系统
架构互联总线、niosii处理器、ADC控制接口、DMA控制接口、激光脉冲控制
接口、片上sram1、片上sram2、avalon-mm三态桥接口、RS-232接口、LCD接
口和avalon-mm总线,所述max232电平转换模块连接RS-232接口,所述ADC
模块连接ADC控制接口,所述激光驱动模块连接激光脉冲控制接口,所述液晶
显示模块连接LCD接口,所述片外闪存模块连接avalon-mm三态桥接口。
2.根据权利要求1所述的一种测量云层高度和厚度的硬件装置,其特征是,所
述激光发射器为905nm激光发射器。
3.根据权利要求1所述的一种测量云层高度和厚度的硬件装置,其特征是,所
述液晶显示模块为LCD12864液晶显示模块。
4.一种测量云层高度的硬件和软件配合方法,如权利要求1至3所述的任一硬
件装置发射高速激光脉冲序列的自动发射和自动采集,将采集到的离散数据存储
在FPGA中,并提供嵌入式处理器来处理,其特征是,包括如下步骤:
S01,将由高速FPGA数据采集器采集到的多组真实数据,通过平均的方法得到
的处于脉冲段的数据向量R0作为参考向量,以测量时间为X轴,测量数据为Y
轴,将样本拟合成平面曲线S1;
S02,定义平面曲线S1中曲率为Kt的曲线段为基线段,曲率为Kf的曲线段为脉
冲段;
S03,实际测量中,将使用高速FPGA采集器测得的数据R拟合为平面曲线S2;
S04,基于曲线的曲率为平面曲线S2分段;
S05,对于属于非脉冲线段的S2的曲线段R′,直接舍弃,取属于脉冲段的平面曲
线S2的曲线段R″,使用快速小波除噪法进行处理,最后逆变换得到脉冲回波信
号,从而消除测量数中的噪声和异常值;
S06,将分好...
【专利技术属性】
技术研发人员:吕雪驹,唐慧强,
申请(专利权)人:南京信息工程大学,
类型:发明
国别省市:江苏;32
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