[發(fā)明專利]一種測量云層高度和厚度的硬件和軟件配合方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610077546.6
• 申請日: 2016-02-03
• 公開（公告）號: CN105699981B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 呂雪駒;唐慧強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 南京信息工程大學(xué)
• 主分類號: G01S17/10
• 分類號: G01S17/10;G01S17/95;G01S7/48
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司32224
• 代理人: 董建林

1.一種測量云層高度和厚度的硬件裝置，其特征是，包括FPGA，所述FPGA分別連接激光驅(qū)動模塊、信號接收模塊、信號轉(zhuǎn)換模塊、液晶顯示模塊和片外閃存模塊，所述激光驅(qū)動模塊連接激光發(fā)射器，所述信號接收模塊包括PIN光電傳感器、ADC模塊和信號調(diào)理模塊，所述PIN光電傳感器連接信號調(diào)理模塊，所述信號調(diào)理模塊連接ADC模塊，所述信號轉(zhuǎn)換模塊包括max232電平轉(zhuǎn)換模塊及與其通信的上位機(jī)，所述FPGA內(nèi)部集成了IP core，所述IP core包括系統(tǒng)架構(gòu)互聯(lián)總線、nios ii處理器、ADC控制接口、DMA控制接口、激光脈沖控制接口、片上sram1、片上sram2、avalon-mm 三態(tài)橋接口、RS-232接口、LCD 接口和avalon-mm總線，所述max232電平轉(zhuǎn)換模塊連接RS-232接口，所述ADC模塊連接ADC控制接口，所述激光驅(qū)動模塊連接激光脈沖控制接口，所述液晶顯示模塊連接LCD 接口，所述片外閃存模塊連接avalon-mm三態(tài)橋接口。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量云層高度和厚度的硬件裝置，其特征是，所述激光發(fā)射器為905nm激光發(fā)射器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量云層高度和厚度的硬件裝置，其特征是，所述液晶顯示模塊為LCD12864液晶顯示模塊。

4.一種測量云層高度的硬件和軟件配合方法，如權(quán)利要求1至3所述的任一硬件裝置發(fā)射高速激光脈沖序列的自動發(fā)射和自動采集，將采集到的離散數(shù)據(jù)存儲在FPGA中，并提供嵌入式處理器來處理，其特征是，包括如下步驟：

S01，將由高速FPGA數(shù)據(jù)采集器采集到的多組真實數(shù)據(jù)，通過平均的方法得到的處于脈沖段的數(shù)據(jù)向量R0作為參考向量，以測量時間為X 軸，測量數(shù)據(jù)為Y 軸，將樣本擬合成平面曲線S₁；

S02，定義平面曲線S₁中曲率為K _t的曲線段為基線段，曲率為K_f 的曲線段為脈沖段；

S03，實際測量中，將使用高速FPGA采集器測得的數(shù)據(jù)R擬合為平面曲線S₂；

S04，基于曲線的曲率為平面曲線S₂分段；

S05，對于屬于非脈沖線段的S₂的曲線段R′，直接舍棄，取屬于脈沖段的平面曲線S₂的曲線段R″，使用快速小波除噪法進(jìn)行處理，最后逆變換得到脈沖回波信號，從而消除測量數(shù)中的噪聲和異常值；

S06，將分好段的脈沖段的平面曲線S₂的曲線段R″分幀后分別與參考向量R0進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析；

S07，將灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)大小進(jìn)行冒泡排序，求出系數(shù)最大的序列，取該序列的第一個點，并求出該點占整個序列的位置，由此算出脈沖的往返時間，最終根據(jù)公式，算出第一層云的高度，其中，s是云層的高度，v是光速，t是光脈沖往返的時間；

S08，若云層有一定厚度，并且有多層云，則在一次回波接收中可以得到幾次距離較近且信號較弱的脈沖上升前沿，通過該脈沖上升前沿，將相鄰兩層云之間的高度值相減，即可得到云層的厚度，重復(fù)以上步驟，即可得到若干云層厚度。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種測量云層高度的硬件和軟件配合方法，其特征是，步驟S04包括以下內(nèi)容：在曲線S₂上選取n+1 個測量點，計算其曲率K，將K 分別和K_t，K_f對比，若K ∈ K_t，那么該測量點屬于基線段，若K ∈ K_f，則該測量點屬于脈沖段。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種測量云層高度的硬件和軟件配合方法，其特征是，步驟S05所述小波除噪法選取db4，深度為3層的變換，去除d1,d2,d3中的高頻。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種測量云層高度的硬件和軟件配合方法，其特征是，步驟S05所述小波除噪法中分解算法的表達(dá)式為：，重構(gòu)算法的表達(dá)式為：，

其中，是尺度函數(shù)，c是小波濾波器濾波系數(shù)，c0=0.4829629131445341，c1=0.8365163037378079，c2=0.2241438680420134，c3=-0.1294095225512604，n是一維信號的離散點的長度。