可重構(gòu)激光雷達數(shù)據(jù)采集平臺研究.pdf

1、激光雷達以具有極佳方向性、單色性及相干性的高強度激光為探測信號，不僅能夠獲得更高的探測精度和范圍，更重要的是能夠探測無線電雷達無法探測到的微小粒子，以及各種分子、原子，并對探測目標進行識別和分類。這些特性使激光雷達在大氣環(huán)境監(jiān)測、海洋科學(xué)以及生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，因而激光雷達是一個龐大的類型繁多的綜合體系，這也影響了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的多樣性和復(fù)雜性。
　　當前激光雷達數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)并非由單一器件能夠完成，而是多種設(shè)備或采集卡的組

2、合，例如高端數(shù)字示波器，多通道掃描儀(MCS)，NI集成化設(shè)備，以及Licel公司的TR產(chǎn)品等，這些數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品的引入大大提高了采集精度，使用也更為簡便。但是鑒于激光雷達的新技術(shù)不斷出現(xiàn)、需求不斷提升，也使許多研究單位為各自的項目專門設(shè)計匹配性強的數(shù)據(jù)采集卡。一方面激光雷達的快速發(fā)展和市場化，要求模塊化、標準化、集成化的產(chǎn)品使研發(fā)成本降低;另一方面，為了保證科學(xué)研究的先進性，獲得市場競爭優(yōu)勢，期望出現(xiàn)開放式而非定制的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)允許使用

3、者再開發(fā)。這已成為了亟待解決的問題，因此本論文提出建立可重構(gòu)激光雷達數(shù)據(jù)采集平臺(RLDAP)。RLDAP不僅進一步擴大在激光雷達中的使用范圍，而且增強了可移植性和兼容性，為系統(tǒng)升級更新預(yù)留資源，最大限度的服務(wù)于未來新型激光雷達的研制工作，減少重復(fù)的資金投入和人力投入，從而發(fā)揮出更大的經(jīng)濟效益和社會效益。
　　為此，本論文在歸納了激光雷達發(fā)展歷史和現(xiàn)狀的基礎(chǔ)之上，深入調(diào)研了激光雷達整機尤其是光學(xué)接收、光電探測部分的原理，總結(jié)了激光

4、雷達數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的規(guī)律性和特異性，從而開展了可重構(gòu)激光雷達數(shù)據(jù)采集平臺的設(shè)計工作，并通過實驗室測量和現(xiàn)場對比實驗證明了其實用性。
　　本論文的創(chuàng)新點主要有:
　　(1)首次將可重構(gòu)儀器的概念引入激光雷達探測領(lǐng)域，并對源于計算機領(lǐng)域的可重構(gòu)概念實現(xiàn)擴展和延伸?？芍貥?gòu)的意義不再局限于軟件或是硬件，而是多部件重構(gòu)、軟硬件重構(gòu)的融合，包括硬件資源的重組，F(xiàn)PGA的邏輯在線重配置，多處理方式并存的通信協(xié)議，軟件的組合、動態(tài)調(diào)用等。

5、r>　　(2)在國內(nèi)率先自主研發(fā)分層探測模式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，使信號的線性探測動態(tài)范圍達到5～6個數(shù)量級，達到國際先進水平。盡管國內(nèi)已有應(yīng)用于極弱光探測的單光子計數(shù)儀器和用于強光探測的AD轉(zhuǎn)換采集卡，但均不具備大動態(tài)范圍、高信噪比的探測能力。而RLDAP的研制克服了雙模式數(shù)據(jù)拼合區(qū)數(shù)據(jù)探測的難點，打破了長期依賴國外單一產(chǎn)品的限制。
　　(3)RLDAP在現(xiàn)場實驗中被證明可以覆蓋近地面和中高空領(lǐng)域的探測，且適用于傳統(tǒng)方式和新型微脈沖等