QT采集卡在大气检测激光雷达中的应用.docVIP

QT1130采集卡在大气探测激光雷达中的应用 1.测污激光雷达的原理 激光雷达的一个重要应用领域是大气探测，大气探测是利用各种探测手段对大气中的物理过程和物理现象及气象要素等进行观测、探测并使用不同的载体记录下来。大气探测所获取的气象记录、资料是进行天气预报、气候分析、气象科学研究和为各行各业服务的基础。 图1 差分激光雷达接收系统原理图 另一个重要的指标是AD转换分辨率，8bit分辨率对应于满量程0.3%的精度，12bit分辨率对应0.025%的精度。由于激光雷达回波信号变化范围很大（动态范围大），我们又要求有很高的测量精度，特别是想得到污染物空间分布图时，因此我们希望采用12bit以上的高分辨率的采集卡。总之，激光雷达对AD采集卡的主要要求有：10MHz以上的采集速度，12bit以上的AD分辨率，50欧姆输入阻抗，较高的灵敏度和足够的通带宽，外触发采集功能，对外部干扰隔离好，支持多种语言的驱动软件等。 系统上使用的QT1130采集卡的技术指标如下： ·最大支持四通道同步采集 ·最高1GSPS 采样率 ·12bit 转换精度 ·最高2GHz 模拟输入带宽 ·最大板载4GB DDR3 存储器 ·支持外部触发输入或输出 ·PCIe x8 Gen2 接口，数据连续传输率3.0GB/s ·FPGA 支持用户自定义逻辑开发 3.数据处理软件设计 如果采用实时处理模式，新产生的数据被实时处理模块捕获，实时处理模块对数据的合法性进行检查同时判断出数据的类型然后传递到数据处理算法。数据处理算法模块根据数据的类型调用合适的算法进行计算，一方面把结果存入文本文件，另一方面根据显示模式的不同把结果传递到不同的图像绘制模块。在一般测量情况下将数据传递到曲线绘制模块，车载激光雷达进行被测物质时间分布测量时将数据传递到时间演化图绘制模块，如果车载激光雷达进行被测物质空间分布测量时将数据传递到剖面图绘制模块。各图像绘制模块完成结果的显示后将图像保存为图片文件以备以后查阅。 图2 软件功能结构框图 图3 软件模块与数据流 4．AD采集卡的抗干扰问题 采集卡可能引进噪音，主要包括来自周围电子器件的随机干扰、与激光器发射相关的电磁干扰和本底基线偏移。本底基线指激光雷达系统的暗背景测量基线，理想情形它是一条水平直线。可是在实际系统中经常观察到起点偏移，我们称本底基线偏移。这种偏移很小，但是它不稳定，它与真实的信号重叠在一起成为测量误差。为了能探测到污染分子的存在，必须最大的提高系统灵敏度，通常要把激光测量重复几千次甚至几万次以提高信噪比。同时必须尽量的减小各种干扰，包括这种基线偏移。 实验证明，减小外触发信号可以减小本底基线偏移；说明基线偏移的一个重要来源是外触发电压。其产生的原因可能是板卡设计上的缺陷，外触发信号的一部分经过分布电容耦合到了信号输入端。基线偏移的另一个重要来源是激光高压放电脉冲干扰，它很不稳定，与接线情况，地线好坏，板卡设计，温度湿度等都有关系。 5．结论 经过实践证实，可以说QT1130卡应用于测污激光雷达具有最高的性能价格比。在一些特殊应用上，还能够提高测污激光雷达的性能，实现了高分辨率的采集功能。 滤光片盘 A/D 采集卡 工控机 PTM 输入光 I/O卡 调焦电机 滤光片电机衰减片电机 零位探测 扫描电机 网卡 激光同步信号 门控 前放 衰减片盘 延时器 车载雷达数据处理软件 臭氧数据 气溶胶数据 地面仪器数据 二氧化氮数据 二氧化硫数据 单组处理 多组批处理 时间演化图 剖面图 单组处理 多组批处理 时间演化图 剖面图 单组处理 多组批处理 时间演化图 剖面图 单组处理 多组批处理 时间演化图 剖面图 实时演示