能見度,特別是斜程能見度,是大氣測量中很難測準的參數之一,在航空領域中直接影響飛行器起飛降落的安全性。斜程能見度反演時需要高精度的氣溶膠消光系數廓線,而激光雷達作為一種主動式遙感探測手段,其具有高時空分辨率和高探測靈敏度的優勢,已成為探測氣溶膠消光系數、后向散射系數和光學厚度等光學特性的重要儀器。目前激光雷達大多采用豎直模式工作,以探測大氣層的光學特性廓線,如果增加二維掃描功能,則可用于探測斜程能見度。本文主要研究斜程能見度激光雷達的二維掃描機電系統,為斜程能見度探測提供高精度、高可靠的技術支持。二維掃描機構是斜程能見度激光雷達的重要部件之一,根據其主要技術指標,本文設計了一套激光雷達二維掃描機械系統。首先探討分析了大氣斜程能見度的激光雷達探測理論,基于速度為0.05°/s-6°/s和精度為0.05。的設計要求,采用了1:70減速比的蝸輪蝸桿驅動副機構,并進行了靜力學分析,采用了調心滾子軸承作為回轉運動副,由步進電機驅動蝸桿進行動力傳遞,采用增量式光電編碼器作為位置及速度的測量環節,通過控制器,形成半閉環控制結構,可對位置偏差進行實時補償,提高掃描機構的回轉精度和響應速度。最后對掃描反...

【文章頁數】：74 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內外研究進展
        1.2.1 能見度的發展現狀
        1.2.2 激光雷達能見度探測的發展現狀
    1.3 論文主要工作及研究內容
2 斜程能見度激光雷達系統
    2.1 激光雷達遙感原理
        2.1.1 激光與大氣的散射作用
        2.1.2 激光雷達探測工作原理
    2.2 氣溶膠的反演算法
        2.2.1 Klett 反演算法
        2.2.2 Fernald 反演算法
        2.2.3 Raman 反演算法
    2.3 能見度激光測量原理
        2.3.1 能見度的基本方程
        2.3.2 水平能見度方程
        2.3.3 斜程能見度方程
    2.4 斜程能見度激光雷達系統構成
    2.5 二維掃描機電系統
        2.5.1 二維掃描機構方案對比與選擇
        2.5.2 二維掃描機構電控模塊設計
    2.6 本章小結
3 二維掃描激光雷達的機械系統設計
    3.1 掃描機構總體結構設計
    3.2 二維掃描回轉結構設計
        3.2.1 回轉結構設計與分析
        3.2.2 運動副設計和計算
        3.2.3 蝸輪蝸桿的設計和校核
        3.2.4 回轉結構的裝配圖
    3.3 掃描反射鏡設計
    3.4 本章小結
4 激光雷達集成控制軟件
    4.1 二維掃描激光雷達系統構成
    4.2 激光雷達的通信方式
        4.2.1 二維掃描系統的通信
        4.2.2 激光器網絡通信
    4.3 激光雷達系統的軟件設計
        4.3.1 掃描運動控制模塊
        4.3.2 激光器控制模塊
        4.3.3 數據采集模塊
    4.4 人機交互界面設計
    4.5 本章小結
5 斜程能見度激光雷達初步實驗觀測及分析
    5.1 自適應算法分析及研究
        5.1.1 邊界高度自適應選取
        5.1.2 邊界值反演算法
    5.2 初步實驗觀測及分析
        5.2.1 二維掃描實驗
        5.2.2 觀測實驗
    5.3 本章小節
6 總結與展望
    6.1 總結
    6.2 展望
致謝
參考文獻
攻讀學位期間主要研究成果



本文編號：3875179