專利名稱：一種Na激光雷達(dá)的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光雷達(dá)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種新的Na激光雷達(dá)的控制方法。
背景技術(shù)：
激光雷達(dá)(LIDAR＝Light Detection and Ranging)是集激光技術(shù)、光學(xué)技術(shù)和微弱信號探測技術(shù)于一體而發(fā)展起來的一種現(xiàn)代化光學(xué)遙感手段。激光雷達(dá)是普通微波雷達(dá)(Radar)向光頻段的延伸。由于探測波長的縮短、波束定向性的增強(qiáng)，能量密度的提高，使得激光雷達(dá)具有高的空間分辨率、高的探測靈敏度、能分辨被探測物種和不存在探測盲區(qū)等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為目前對大氣、海洋和陸地進(jìn)行高精度遙感探測的有效手段。激光雷達(dá)在大氣探測中發(fā)揮著更大的作用，是激光雷達(dá)應(yīng)用的主流。利用激光雷達(dá)可以探測到大氣各個層段中幾乎所有的物理參量及其空間和時間的變化。激光雷達(dá)和VHF MST雷達(dá)在大氣探測的高度范圍和分辨率方面相互補(bǔ)充，可以為我國的航天活動、國防工程建設(shè)和其他應(yīng)用部門提供空間環(huán)境監(jiān)測和預(yù)報服務(wù)。激光雷達(dá)還可被廣泛地應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、航天、通信、導(dǎo)航和定位等高新技術(shù)領(lǐng)域。
但是激光雷達(dá)的光路部分調(diào)節(jié)方式在傳統(tǒng)上基本上依靠手工調(diào)節(jié)，存在調(diào)節(jié)時間長，精度不易達(dá)到的缺點(diǎn)。如果能存在可控制的操作平臺，采用基于軟件自動調(diào)節(jié)的方式，則可以克服此缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明提出一種Na激光雷達(dá)的控制方法，增強(qiáng)了自動控制的程度，節(jié)省了調(diào)節(jié)光路的時間。
本發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種Na激光雷達(dá)的控制方法，包括以下步驟1、設(shè)置串口，通過串口與光子計數(shù)器、折返臺進(jìn)實(shí)現(xiàn)連接；2、初始化光子計數(shù)器、折返臺控制器；3、通過串口發(fā)出指令，控制光子計數(shù)器開始數(shù)據(jù)采集；4、將采集到的數(shù)據(jù)傳回計算機(jī)，；5、畫出數(shù)據(jù)的反演形式；6、修改折返臺南北指向；7、返回第3步，直到采集到的數(shù)據(jù)合適為止；8、修改折返臺的東西指向；9、執(zhí)行第3、4、5步；
10、采集到的數(shù)據(jù)若不合適，返回第9步；11、如有需要，可返回第3步；12、將最合適的參數(shù)發(fā)給折返臺，開始自動進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
本發(fā)明的特點(diǎn)通過對光子計數(shù)器的計算機(jī)控制，增強(qiáng)了自動控制的程度；通過對折返回臺的計算機(jī)控制，節(jié)省了調(diào)節(jié)光路的時間。


圖1本發(fā)明實(shí)施例模塊連接的關(guān)系圖；圖2本發(fā)明實(shí)施例模塊的信號流圖；圖3本發(fā)明實(shí)施例主程序框圖；圖4本發(fā)明實(shí)施例對光子計數(shù)器進(jìn)行控制的程序框圖；圖5本發(fā)明實(shí)施例對折返臺進(jìn)行控制的程序框圖；圖6本發(fā)明實(shí)施例自動數(shù)據(jù)采集程序框圖；圖7本發(fā)明實(shí)施例數(shù)據(jù)文件格式。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明實(shí)施例的的實(shí)施步驟如圖3所示。其具體步驟如下1、設(shè)置串口，通過串口與光子計數(shù)器、折返臺進(jìn)實(shí)現(xiàn)連接；2、初始化光子計數(shù)器、折返臺控制器；3、通過串口發(fā)出指令，控制光子計數(shù)器開始數(shù)據(jù)采集；4、將采集到的數(shù)據(jù)傳回計算機(jī)，；5、畫出數(shù)據(jù)的反演形式；6、修改折返臺南北指向；7、返回第3步，直到采集到的數(shù)據(jù)合適為止；8、修改折返臺的東西指向；9、執(zhí)行第3、4、5步；10、采集到的數(shù)據(jù)若不合適，返回第9步；11、如有需要，可返回第3步；12、將最合適的參數(shù)發(fā)給折返臺，開始自動進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
具體實(shí)施過程如下(1)、在Visual C++6.0編譯環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)程序界面編輯。分為菜單項(xiàng)，可以讀取數(shù)據(jù)文件并顯示；控制面板，用來設(shè)置控制參數(shù)以及顯示控制返回信息；數(shù)據(jù)文件顯示區(qū)，分為指數(shù)顯示區(qū)及原始數(shù)據(jù)顯示區(qū)。程序主類為Doc文檔類以及View視圖類。在View視圖類資源欄里添加入OnCommMscomm控件。該控件在Visual C++編譯環(huán)境下主要用來進(jìn)行PC機(jī)與其串口間的通信。可通過該串口與附有串口的儀器進(jìn)行通信。這里設(shè)置計算機(jī)的串口1與串口2的通信速率為9600bps，8位。其中，將串口1用來控制光子記數(shù)器，串口2用來控制折返臺。
(2)、通過串口1依次發(fā)出命令″OUTP 0″、″CLRS″、″BWTH″、″BREC″、″RSCN″，初使化光子計數(shù)器。命令字的含義分別為清零、設(shè)置bin寬、設(shè)置記錄長度，設(shè)置記錄寬度。通過串口2依此發(fā)出兩次命令MoveAndWait，將折返臺調(diào)整至上次記錄所存儲的絕對位置處，即完成了對折返臺的初始化。
(3)、采集數(shù)據(jù)之前，先校準(zhǔn)時間。然后保存系統(tǒng)設(shè)置，再通過串口1發(fā)出命令字“SSCN”。然后需要為下一步數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)備好存儲的數(shù)據(jù)文件名。該文件名由開始采集時的時間所決定，格式為“年月日時分”。
(4)、當(dāng)“存儲”按鍵使能時，光子計數(shù)器傳回的數(shù)據(jù)已經(jīng)在計算機(jī)的緩存當(dāng)中。然后設(shè)置存儲數(shù)據(jù)文件的目錄，創(chuàng)建新文件，首先將上一步保存的系統(tǒng)設(shè)置數(shù)據(jù)寫入，然后依次寫入緩存中傳回的數(shù)據(jù)文件。數(shù)據(jù)文件格式見附圖7本發(fā)明數(shù)據(jù)文件格式。
(5)、選取z0為歸一化高度，則在z0處，大氣的密度為n(z0)=(N(z0)-NB)ηTa(z0)2N0Az02σ0δR---(4.12)]]>那么探測高度z處的大氣密度表示為n(z)=(N(z)-NB)ηTa(z)2N0Az2σ0δR---(4.13)]]>我們選取z0＝30km處作為歸一化高度，則30km以下大氣對激光束的衰減不可忽略，30km以上的大氣透射系數(shù)可定為1。將(4.12)式、(4.13)式相比較有n(z)=z2σ0n(z0)z02σ(N(z)-NB)(N(z0)-NB)---(4.14)]]>其中z0表示歸一化高度；n(z0)為歸一化高度上的大氣數(shù)密度；這里選取n(z0)＝3.828×1023m-3(US Standard Atmosphere 1976)
N(z)為z高度上距離Δz范圍內(nèi)在積累時間Δt內(nèi)的回波光子計數(shù)；N(z0)為z0高度上距離5km范圍內(nèi)(27.5-32.5km)的平均回波光子計數(shù)；NB為背景光子記數(shù)；由于在70km和130km附近不會出現(xiàn)Na層的共振熒光散射，Rayleigh散射信號也可以忽略不計，回波光子計數(shù)基本上是由固有背景噪聲引起的，因此，分別以70km和130km為中心，求5km以內(nèi)的回波光子計數(shù)的平均值(即67.5~72.5km，127.5~132.5km)，就可以得到固有背景噪聲。
歸一化高度處的大氣散射機(jī)制應(yīng)是Rayleigh散射，則σ0是瑞利微分散射截面；σ表示鈉熒光共振微分散射截面。根據(jù)激光器的輸出波長和線寬，算得瑞利微分散射截面σ0和鈉熒光共振微分散射截面σ分別是4.012×10-32m2·sr-1，0.436×10-16m2·sr-1，具體計算過程由下一節(jié)給出。由此我們就可以通過探測得到的回波光子數(shù)反演出相應(yīng)高度處的大氣密度。
(6)、通過串口2依此發(fā)出命令MoveAndWait。但折返臺的移動步長需要根據(jù)偏差來判斷。如果偏得較遠(yuǎn)，步長可以稍大；如果偏得較近，則步長不宜太大。一般定為10。調(diào)整完后返回第三步。
(7)、此時需要判斷返回的數(shù)據(jù)是否合理。經(jīng)驗(yàn)值是在瑞利反射的高度，光子數(shù)應(yīng)盡量大，其峰值應(yīng)超過100。如果合理，通過串口2依此發(fā)出命令MoveAndWait指令來調(diào)節(jié)折返臺東西指向。同調(diào)節(jié)南北指向的過程，也是將數(shù)據(jù)調(diào)整到合適為止。
(8)、調(diào)整系統(tǒng)時間，將Nalidar雷達(dá)與Fe雷達(dá)的時間核對為一致。
將參數(shù)值進(jìn)行保存，開始自動采集。如果時間到了，自動采集停止。自動采集包括設(shè)置光子計數(shù)器，設(shè)置折返臺，啟動數(shù)據(jù)采集，上傳數(shù)據(jù)，保存數(shù)據(jù)文件等過程，見圖6本發(fā)明自動數(shù)據(jù)采集程序框圖。
權(quán)利要求
1.一種Na激光雷達(dá)的控制方法，其特征是，包括以下步驟(1)、設(shè)置串口，通過串口與光子計數(shù)器、折返臺進(jìn)實(shí)現(xiàn)連接；(2)、初始化光子計數(shù)器、折返臺控制器；(3)、通過串口發(fā)出指令，控制光子計數(shù)器開始數(shù)據(jù)采集；(4)、將采集到的數(shù)據(jù)傳回計算機(jī)，；(5)、畫出數(shù)據(jù)的反演形式；(6)、修改折返臺南北指向；(7)、返回第(3)步，直到采集到的數(shù)據(jù)合適為止；(8)、修改折返臺的東西指向；(9)、執(zhí)行第(3)、(4)、(5)步；(10)、采集到的數(shù)據(jù)若不合適，返回第(9)步；(11)、如有需要，可返回第(3)步；(12)、將最合適的參數(shù)發(fā)給折返臺，開始自動進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
全文摘要
一種Na激光雷達(dá)的控制方法，包括以下步驟1.設(shè)置串口，通過串口與光子計數(shù)器、折返臺進(jìn)實(shí)現(xiàn)連接；2.初始化光子計數(shù)器、折返臺控制器；3.通過串口發(fā)出指令，控制光子計數(shù)器開始數(shù)據(jù)采集；4.將采集到的數(shù)據(jù)傳回計算機(jī)，；5.畫出數(shù)據(jù)的反演形式；6.修改折返臺南北指向；7.返回第3步，直到采集到的數(shù)據(jù)合適為止；8.修改折返臺的東西指向；9.執(zhí)行第3、4、5步；10.采集到的數(shù)據(jù)若不合適，返回第9步；11.如有需要，可返回第3步；12.將最合適的參數(shù)發(fā)給折返臺，開始自動進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。通過對光子計數(shù)器的計算機(jī)控制，增強(qiáng)了自動控制的程度；通過對折返回臺的計算機(jī)控制，節(jié)省了調(diào)節(jié)光路的時間。
文檔編號G01S17/00GK1776454SQ20051001983
公開日2006年5月24日 申請日期2005年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月18日
發(fā)明者易帆, 周軍, 余長明, 劉博 , 張云鵬 申請人:武漢大學(xué)