半导体激光云高仪小波去噪算法研究

针对半导体激光云高仪回波信号所含噪声的特点,提出并详细论述了一种能够对半导体激光云高仪回波信号进行有效消噪的小波自适应阈值方法。为了验证该方法的有效性,对包含高斯白噪声的模拟信号进行了仿真消噪,并对半导体激光云高测量系统实际探测得到的大气回波信号进行了消噪处理。同时,将该方法与小波模极大值消噪、小波分解重构、小波默认阈值的消噪效果进行了对比分析。仿真和实验结果表明,小波自适应阈值方法能够有效降低半导体激光云高仪回波信号中所含噪声,并且其消噪效果明显优于另外三种小波分析方法。     

云底高度的激光云高仪、红外测云仪以及云雷达观测比对分析

为了比较几种自动化测云仪器的性能,中国气象局气象探测中心在南京信息工程大学的气象探测基地首次组织了一次为期近5个月的比对试验,试验仪器包括四台激光云高仪、两部红外测云仪、一台全天空成像仪以及一部毫米波云雷达。对其中大部分仪器取得的三个月云底高度数据进行了初步的分析,结果表明：三台激光云高仪测量结果比较一致;两部红外测云仪在测量低云时一致性稍差;云雷达与激光云高仪测量的最低层云底高度数据一致性较差,但与红外测云仪的测量结果匹配较好。     

激光云高仪控制器的设计

云高测量有多种方法,采用激光技术实时观测云高是发展的方向,国内外也已经有了激光云高仪（计）的样机或初级产品。从实用要求上看,激光云高仪需在野外环境全天候自动连续运行,而目前的产品在环境适应、工作稳定、自动化程度、数据的可靠性以及体积、能耗、成本等诸多问题还需要努力优化和改进。对其中的核心技术单元——激光云高仪控制器进行了全新的技术开发,使上述问题得到了综合性改进。介绍了激光云高仪控制器的总体结构和初步技术参数,并简述了其数据采集与处理,数据显示与存储,自控过程和软件部分。     

全程计数激光云高仪原理及实验研究

利用脉冲ＧａＡｌＡｓ二极管激光器进行了云高测量,提出了一种区别于传统的脉冲计数方法－单脉冲全程计数法。     

用于激光云高仪的微分增强云检测方法

激光云高仪是对大气中云的时空分布进行自动连续监测的有力工具之一,现有的云检测算法在低信噪比或有气溶胶影响时容易产生误判或漏判。文中分析了激光云高仪回波的原始信号、一阶微分信号和二阶微分信号特征,构造了两个新的信号序列,提出了一种微分增强云检测方法。该算法可以实现对云回波信号中云峰和云边界特征的增强和分离,有效修正了低信噪比和气溶胶层对云检测带来的误差。通过实验对比了微分增强法和微分零交叉法的云检测结果,结果表明:微分增强法在不影响云高判别的情况下,能有效地减少云的漏判和误判。     

HHT在激光云高仪后向散射信号处理中的应用

根据半导体激光云高仪后向散射信号的特点,基于希尔伯特-黄变换(HHT)提出了一种突出后向散射信号细节特征的处理方法。该方法有效地发挥了HHT对非线性、非平稳信号处理的能力,从原始后向散射信号中分别重构出初步去噪项和信号趋势项并实现二者的结合,从而生成全新的经特征突出的后向散射信号。大量实验数据分析证明,该特征突出方法利用了EMD分解和重构滤波的优势,摒弃了其去噪同时削弱有用信号、忽略细节特征的缺陷,适用于云高仪后向散射信号处理;配合相应的后向散射参数反演方法,可以有效提高云高识别能力和垂直能见度反演的精度,降低了云高误报和漏报率。     

基于CCD的双轴激光云高仪光轴平行调节方法

双轴激光云高仪的光轴平行度是影响系统性能的重要指标,本文分析了光轴平行偏差对重叠因子的影响,提出了一种用CCD成像来调节激光云高仪光轴平行的方法。通过计算可见光目标在双轴激光云高仪发射、接收系统后端CCD中成像的中心点坐标偏移距离,来调节光轴的平行,实现光轴偏移误差不大于16.5 μrad。     

激光云高仪

本文主要介绍西德汉堡脉冲物理股份有限公司研制的激光云高仪的结构、工作原理及其主要技术指标。     

主被动结合的云激光雷达测量系统数据融合分析

云高、云量的自动化仪器定量观测对于气象业务非常重要,不同数据的有效融合分析对于气象业务来说意义重大。云测量系统硬件上集成了激光云高仪、全天空成像仪探测模块,使得云高、云量的观测数据在时间、地点上高度统一,结合激光云高仪的剖面数据和全天空成像仪的云二维分布数据做了初步融合分析,进行精确的云高判别、云量反演与云种分类研究。通过数据融合,利用全天空图像可以消除了云高仪在雾霾天气下对云底的误判,同时利用云高数据可以估计全天空云的空间分布而对云进行了更精确的分类。实际上,将云高、云量数据融合分析是气象业务观测的发展方向。     

DCIM激光雷达测量湍流廓线反演算法及数值仿真研究

提出了一种基于广义Hufnagel-Valley模型的DCIM激光雷达测量湍流廓线的反演算法,推导了数据平滑处理函数,通过对HV 5/7模型廓线数值仿真得出：真值反演时,反演廓线与理论模型廓线最大相差约0.004个量级,反演廓线计算的r0、整层θ与理论值的相对误差绝对值均在0.5%以下;有10%随机误差时,20km以下反演廓线与理论模型廓线最大相差约0.5个量级,20km以上误差增大,反演廓线计算的r0和整层θ与理论值的相对误差绝对值约在10%和5%以下,满足实际激光大气传输应用;数据平滑处理函数不会影响反演廓线随高度的变化特性。最后仿真验证了反演算法的普适性,可用于DCIM激光雷达测量不同地区的湍流廓线。     

激光云高仪单光子探测器混合抑制电路研究与设计

简述单光子探测器对于激光云高仪研究的重要作用。在了解单光子探测器SPAD基本工作原理的基础上,搭建SPAD的被动抑制电路,实验得出SPAD的死时间在2 ?s以上,只能适用于单光子计数率小于500 kHz的场合。为了减少单光子探测器的死时间,提高单光子计数率,设计了雪崩被动淬灭电压主动恢复的混合抑制电路,通过精密的时序控制,探测器的死时间缩短为100 ns,单光子计数率上升至10 MHz。理论上激光云高仪的空间分辨率可达15 m,单光子探测器SPAD混合抑制电路对于激光云高仪的工作性能以及顺利研制有着重要意义。     

自适应光学技术在大气光通信系统中的应用进展

大气光通信中大气湍流引起的相位噪声和光强起伏噪声会严重影响通信系统的通信质量,自适应光学补偿可在一定程度上解决问题.常规自适应光学技术对于解决上行链路、下行链路中的湍流扰动问题得到了理论和实验验证.强闪烁现象的存在使得常规自适应光学技术在水平链路中的应用受限,不使用波前传感器的自适应光学技术则为这一问题的解决提供了可能方案.随机并行梯度下降算法是该类自适应光学技术中一种较有应用前途的控制算法.     

基于三维激光点云的隧道电缆敷设质量参数自动检测方法

电力电缆敷设不规范是导致绝缘故障的主要原因,影响电缆的安全运行。当前电缆敷设质量检测多采用人工接触式测量,主观性强、精度低,容易对敷设区域造成二次损伤。文章提出一种基于点云的隧道电缆敷设质量参数自动检测方法。首先在电缆敷设施工位置获取隧道电缆点云数据;之后基于隧道的结构特征分割出电缆点云;最后,基于颜色和形态特征从电缆点云中分割出敷设区域并自动测量敷设质量参数。所提出的电缆和敷设区域点云分割算法的平均精确度、召回率、F1分数均大于0.92,自动测量的4个敷设质量参数平均绝对误差均小于0.35mm。试验表明,该方法可以准确定位电缆敷设区域,并对敷设质量参数进行自动精准测量。     

湍流强度廓线激光雷达测量的反演算法研究

湍流强度廓线激光雷达通过测量各层的大气相干长度来获得湍流强度廓线。从测量的大气相干长度直接反演湍流强度廓线会出现很大的噪声增益,因此本文介绍了一种通过求导并结合理查森迭代方法来反演湍流强度廓线,并对这种方法进行了数值模拟实验。文章通过反演两种典型系数下的Hufnagel-Valley(H-V)Cn2模式廓线,两参数下反演廓线和原始廓线的平均相对误差分别为7.8％和10.6％,结果表明该算法具有较高的精度。     

利用光束抖动反演横向风速垂直分布的研究

湍流冻结条件下,利用两个位置探测抖动信号的时空交叉相关函数,提出了反演横向风速垂直分布的理论模型.该模型的两个参数分别为湍流廓线和相关函数在延迟时间为0处的导数.假定横向风速满足高斯模型,采用遗传算法进行数值仿真.通过对两种典型湍流模型进行反演计算,发现反演的风廓线和理论风廓线一致性好,相对误差不超过3.3％和1.6％.改变湍流廓线的特征高度并进行反演计算,结果表明湍流强度存在较大误差时,该模型仍可用于低层横向风速垂直分布的反演.     

大气气溶胶和云雾粒子的激光雷达比

对探测大气气溶胶和云雾粒子的激光雷达的关键参量——激光雷达比问题进行了详细的讨论，利用实际大气气溶胶和云雾粒子的光学特性对0．532μm和l.064μm波长上的激光雷达比进行了计算分析，得到了各种气溶胶粒子组份和典型的集合状态以及云雾粒子的激光雷达比。发现激光雷达比和粒子的物理、光学性质密切相关，不同种类的粒子的激光雷达比有巨大的差异，并且两个波长上激光雷达比的相互关系也不相同，这些结果为激光雷达探测大气气溶胶和云雾粒子提供了依据。     

基于MASS方法湍流强度廓线反演影响因素的分析

讨论了通光孔径尺寸和湍流高度分层模型对权重函数的影响.在此基础上利用奇异值分解法,反演了不同通光孔径尺寸和湍流高度分层模型下的湍流强度廓线,并进一步分析了通光孔径尺寸和湍流高度分层模型对反演结果的影响.结果表明:采用较小孔径比、等比湍流高度分层模型的权重函数反演得到的湍流强度廓线更为合理.