核探测与核电子学国家重点实验室 中国科学技术大学 报告人：孙荣奇 大气能见度激光雷达数据采集系统 核探测与核电子学国家重点实验室 中国科学技术大学 报告人：孙荣奇
内容摘要 背景简介 测量原理 大气能见度激光雷达数据采集系统总体框架图 FPGA硬件逻辑 基于Labwindows/cvi的上位机 性能指标 测试结果
背景简介 军事领域 航海领域 地理航拍 航空 天文观测 大气能见度的测量在军事、航海、航空、天文观测，地理航拍等领域有着极其重要的应用
背景简介 大气能见度测量手段 1、人眼观测：存在主观误差 2、大气透射仪：测量大气透射率以测量能见度，可靠性硬件系统工作稳定 性的影响，只适用于中等以下能见度的观测，而在雨、 雾等低能见度天气，又 会因水汽吸收等复杂条件造成较大误差。 3、激光雷达能见度仪：精度高，稳定可靠。
测量原理 大气激光激光雷达在探测大气能见度时首先向大气发射一定波长的激光 束，然后将回波转换为电信号进行数据采集，从而得到回波功率随距离 变化的曲线，进而进行大气消光系数的反演以及能见度计算
大气能见度激光雷达数据采集系统总体框架图 比较甄别：对三路信号进行比较甄别 数据采集：FPGA硬件逻辑来实现计数、 累计和数据采集 数据通信：USB接口芯片实现上 位机和下位机的通信 对下位机进行控制，将采集数据的参数下发到下位机中，并将下位机上传的数据进行计算、显示和储存
数据采集系统的基本流程 首先完成比较器阈值、计数器计数宽度、RAM存储深度，累加次数等 参数的设置。上位机将设置好的参数通过USB传给FPGA后由锁存模块锁 存。比较器的阈值需要输出至DAC，作为三路信号的阈值。 系统由门控触发后，对信号脉冲进行计数，每隔一定时间宽度(“BIN SIZE），将计数保存，并将计数器清零重新计数，从而得到脉冲计数随时 间的变化曲线。脉冲计数可折算为回波强度，时间可折算为传输距离， 最终得到回波强度随传输距离的变化曲线。由于回波信号较弱，单独一 次计数结果无法进行计算，需要将多次计数结果进行叠加，分析其统计 规律，这样可以提高信噪比。
FPGA硬件逻辑
硬件逻辑工作流程 Y 初始化 Y N 触发 Y 通过USB传送数据 计数 N N 传输完毕 把数据写入RAM Y 数据获取结束 Y Y 计数 通过USB传送数据 N N 传输完毕 把数据写入RAM Y RAM 和counter清零 将上一次计数加载至计数器
基于Labwindows/cvi的上位机 参数设置 数据实时显示 分析和存储 数据库调用
性能指标 1、BIN SIZE 最小可达100ns 2、可采集数据的数据最高可达50M 3、在最小的BIN SIZE 下，系统探测距离最高可达61.440km， 单次测量时间可达0.4096ms 4、系统功率为0.77W
测试结果 信号：40MHz（25ns），0-3.3v. 基本设置触发信号：5KHz,0-3.3v. 基本设置 采集的数据
信号：35MHz（28.57ns） ，0-3.3v 触发信号：10KHz,0-3v. 基本设置 采集的数据
信号源产生频率为40MHZ，脉宽12ns的脉冲信号以模拟外部信号输 入。另一个信号源产生频率为10KHZ，脉宽为12ns的脉冲信号以模拟门 控出发信号。在不同的计数间隔时间下，对系统进行计数，将累加1万次 的结果折合成频率得到测试结果。
数据采集卡展示
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