一种云高仪的自适应测量范围的终端处理装置的制作方法

1.本发明涉及一种激光应用领域，尤其涉及一种云高仪的自适应测量范围的终端处理装置。


背景技术：

2.云是由悬浮在大气中的细小水滴或冰晶微粒聚合而成。低云会影响飞机的起降，且云中能见度很低，影响目视飞行。激光探测云高具有快捷、准确和简便等特点，激光器产生一束单色、准直、相干和能量高度集中的脉冲光，经发射望远镜以准直平行光束发射出去，技术体制上称为单脉冲激光器。
3.激光云高仪测量云底高度的方法类似于激光测距机，采用脉冲计数工作方式，将经放大、微分处理后的回波信号输入比较器，当信号强度超过比较器阈值电平时输出整形脉冲，此时停止计数，计算得到云底高度。该方法是将云这样的“软目标”类比于刚体目标进行测量，具有局限性：对于高度较低的云体，因低层大气中气溶胶的浓度较高，致使近距激光大气回波非常强，常出现误测；对于远距离结构稀薄的云层，因回波幅度较小，难以与起伏较大的随机噪声区分开，常出现漏测。


技术实现要素：

4.本发明目的是提供一种云高仪的自适应测量范围的终端处理装置，通过使用该结构，提高了云体识别能力，增加有效量程，提高测量精度。
5.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种云高仪的自适应测量范围的终端处理装置，包括微处理单元、与所述微处理单元电控连接的数据存储模块、高速采样模块及电源模块，所述微处理单元经串口通信模块与上位机连接；
6.所述高速采样模块用于将回波信号接收处理，并反馈于所述微处理单元内；
7.所述电源模块给予所述微处理单元、数据存储模块及高速采样模块供电；
8.所述高速采样模块包括高速模数转换器、自动调整增益电路及数字电位器，
9.所述高速模数转换器将回波信号转换为能够被微处理单元处理的16位数字信号；
10.所述数字电位器用于对所述自动调整增益电路进行增益倍数配置调节；
11.所述自动调整增益电路用于对所述高速模数转换器进行增益倍数调节；
12.所述微处理单元将16位数字信号处理后，经所述电位器对所述自动调整增益电路进行增益倍数调节，避免回波饱和。
13.上述技术方案中，所述微处理单元包括相互连接的单片机及fpga，所述高速采样模块与所述fpga连接。
14.上述技术方案中，所述数据存储模块与所述微处理单元双向通信连接，所述数据存储模块对所述微处理单元软件加密及算法加密。
15.上述技术方案中，所述串口通信模块将微处理单元及上位机双向通信连接，所述串口通信模块用于数据的传输。
16.上述技术方案中，所述高速采样模块对所述回波信号每次间隔0.025微秒高速采样，每个采样点的采样距离为3.75米。
17.由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
18.1.本发明中通过在高速采样模块中设置高速模数转换器、自动调整增益电路及数字电位器，能够利用微处理单元控制数字电位器，从而控制自动调整增益电路进行增益倍数调节，这样在对于稀薄云层测量的时候，能够增加回波幅度，提高测量精度，防止漏测，对于气溶胶浓度高的云层测量的时候，也进行增益倍数调节，防止回波饱和，防止出现误测，这样能够提高云体识别能力，增加有效量程，提高测量精度；
19.2.本发明中通过自动调整增益电路的设置，对不同电压的回波信号，可以进行自适应的调整，解决了传统克服了传统云高仪仅能对特定回波信号进行分析处理的不足，使本发明具有更加灵活的使用优势，而且测量更加精确，也防止漏测现象的发生。
附图说明
20.图1是本发明实施例一中的结构示意图；
21.图2是本发明实施例一中高速采样模块与微处理单元连接状态下的结构示意图。
22.其中：1、微处理单元；2、数据存储模块；3、高速采样模块；4、电源模块；5、串口通信模块；6、上位机；7、回波信号；8、高速模数转换器；9、自动调整增益电路；10、数字电位器；11、单片机；12、fpga。
具体实施方式
23.下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
24.实施例一：参见图1、2所示，一种云高仪的自适应测量范围的终端处理装置，包括微处理单元1、与所述微处理单元电控连接的数据存储模块2、高速采样模块3及电源模块4，所述微处理单元经串口通信模块5与上位机6连接；
25.所述高速采样模块用于将回波信号7接收处理，并反馈于所述微处理单元内；
26.所述电源模块给予所述微处理单元、数据存储模块及高速采样模块供电；
27.所述高速采样模块包括高速模数转换器8、自动调整增益电路9及数字电位器10，
28.所述高速模数转换器将回波信号转换为能够被微处理单元处理的16位数字信号；
29.所述数字电位器用于对所述自动调整增益电路进行增益倍数配置调节；
30.所述自动调整增益电路用于对所述高速模数转换器进行增益倍数调节；
31.所述微处理单元将16位数字信号处理后，经所述电位器对所述自动调整增益电路进行增益倍数调节，避免回波饱和。
32.所述数据存储模块与所述微处理单元双向通信连接，所述数据存储模块对所述微处理单元软件加密及算法加密。
33.在本实施例中，利用高速采样模块将回波信号进行接收采集，通过高数模数转换器将回波信号转换为16位数字信号，并且传输至微处理单元内进行处理，然后根据数据存储模块内的软件进行计算结果，然后再对数字电位器进行控制，数字电位器对自动调整增益电路进行控制，对其增益倍数进行调节，如果说回波信号比较弱，则自动调整增益电路的增益倍数进行增加，使得高数模数转换器能够对回波信号进行放大并精确的采样处理，防
止出现漏测现象的发生。如果说回波信号比较强，则缩小自动调整增益电路的增益倍数，防止回波饱和，防止出现误测现象的发生，这样能够在大气中气溶胶浓度高以及稀薄云层进行精确的测量，提高云体的识别能力，增加有效量程，提高测量精度。测量之后，微处理单元经串口通信模块将测量数据反馈至上位机内，这样工作人员能够及时的知道云底高度及云层厚度，便于工作人员及时的进行调整，防止出现安全隐患。
34.其中，会在高速模数转换器的输入端还设有对回波信号进行放大处理的放大器，自动调整增益电路用于对该放大器增益进行自动调节，这样对回波信号进行放大，使得高速采样模块能够将比较弱的回波信号也能够接收到并进行处理测量，防止漏测现象的发生。
35.其中，所述微处理单元包括相互连接的单片机11及fpga12，所述高速采样模块与所述fpga连接。
36.其中，所述串口通信模块将微处理单元及上位机双向通信连接，所述串口通信模块用于数据的传输。
37.其中，所述高速采样模块对所述回波信号每次间隔0.025微秒高速采样，每个采样点的采样距离为3.75米。采样频率高，0.025微秒采样一组节点，也就是相邻采样节点之间的距离为3.75米，也就是每次采样3.75米的距离，这样能够采样计算出高精度的数字量。
38.在本实施例中，高速模数转换器采用16位、80msps的ya16s80型号的高速模数转换器(实际应用在40m)，由fpga为其提供时钟输入信号，从而高速采样模块能够对光束回波信号短时间间隔进行高速采样。数据存储模块则采用at24c02型号芯片，电源模块采用型号为urb2405ld
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30wr3的dc
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dc稳压模块，串口通信模块采用rs232通信模块。
39.同时，在本实施例中，单片机采用工作频率为200mhz的gd32f450型号的单片机，fpga则采用智多晶的sld2d_25e型号的fpga，这款单片机以及fpga不仅性能优越，功耗极低，而且集成度高，便于开发。