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Aug 17 – 21, 2015
中国-合肥
Asia/Shanghai timezone

大气能见度激光雷达数据采集系统

Aug 18, 2015, 11:35 AM
15m
B204 (核安全所)

B204

核安全所

Speaker

Mr 荣奇 孙 (核探测与核电子学国家重点实验室)

Description

大气能见度激光雷达数据采集系统 摘要:针对大气能见度激光雷达,本文设计了一套双通道高速数据采集系统。系统硬件基于FPGA设计,支持在门控信号输入与激光雷达同步工作。通过硬件逻辑,可实现双通道数据的实时计数,并完成多次数据的实时累加和数据存储。本系统通过USB2.0高速接口与计算机进行互联。上位机软件的编写由Labwindows/CVI可视化虚拟仪器编写。此外该系统功耗低,成本低廉,探测距离大,可以满足大气能见度激光雷达的数据采集需求。 关键词:大气能见度;FPGA;数据采集;USB 文章分类: 3 硬件环境与基础设施 1. 引言 相比于其他探测方式,激光雷达作为一种新型的大气探测工具,可以更加精确地反映大气对传输于其中的激光的衰减作用,因此激光雷达在大气能见度探测方面有着重要应用。探测中要求数据采集系统速度快,死时间小,针对这种需求,设计了一套专用的双通道数据采集系统。 2. 能见度探测原理 大气能见度跟大气消光系数存在确定的数量关系。其中大气消光系数跟激光回波的强度存在关系。因此激光雷达探测大气能见度时,首先发射一定波长的激光束,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。 3. 系统框架 双通道信号以及触发信号通过一个甄别器后,转换为标准TTL电平送入FPGA,门控信号触发FPGA跟激光雷达同步工作,信号送入FPGA计数。比较器的阈值由FPGA通过DAC输出。FPGA与上位机之间的通信是通过USB接口芯片实现的。 4. 系统设计 FPGA是系统的核心,采用Altera公司的EP1C12Q240C8N芯片。FPGA内部主要由存储器,计数器,锁存器以及控制逻辑组成。比较器的阈值由串行DAC输出。BIN宽度是通过计数器分频时钟来实现的。为了提高信噪比,需要将数据多次累加以减少随机误差,而累加次数的设定是通过设定触发次数比较器输入端来实现的。两个计数器进行乒乓计数,以减少计数死时间。一个计数器记录一个BIN宽度的数据。下一个计数周期到来时,将上一次记录的数据Load进计数器里进行累加。累加到一定次数时,上位机读取数据。USB芯片从总线上取走数据,等待上位机取走数据。数据采集完毕后,采集完成的标志位置高,将RAM和读写地址产生器清零。 5. 软件设计 USB接口芯片为Cypress公司的CY7C68013,其内部集成了一个可运行USB固件程序的8051增强型内核。该程序实现命令和数据在上位机和下位机之间传送。上位机软件采用虚拟仪器技术,使用Labwindows/CVI编写。界面简洁,功能齐全。 6. 结论 整套系统可实现对数据的高速采集,工作稳定。系统探测距离为61.440千米,整机功率仅为0.77瓦特,适用于低功耗场合,可以满足能见度激光雷达的数据采集要求。

Primary author

Mr 荣奇 孙 (核探测与核电子学国家重点实验室)

Co-authors

Mr 后兵 路 (核探测与核电子学国家重点实验室) Mr 宇哲 刘 (核探测与核电子学国家重点实验室) Prof. 革 金 (核探测与核电子学国家重点实验室)

Presentation materials