专利名称：一种Na激光雷达的控制方法
技术领域：
本发明属于激光雷达控制技术领域，特别是涉及一种新的Na激光雷达的控制方法。
背景技术：
激光雷达(LIDAR＝Light Detection and Ranging)是集激光技术、光学技术和微弱信号探测技术于一体而发展起来的一种现代化光学遥感手段。激光雷达是普通微波雷达(Radar)向光频段的延伸。由于探测波长的缩短、波束定向性的增强，能量密度的提高，使得激光雷达具有高的空间分辨率、高的探测灵敏度、能分辨被探测物种和不存在探测盲区等优点，已经成为目前对大气、海洋和陆地进行高精度遥感探测的有效手段。激光雷达在大气探测中发挥着更大的作用，是激光雷达应用的主流。利用激光雷达可以探测到大气各个层段中几乎所有的物理参量及其空间和时间的变化。激光雷达和VHF MST雷达在大气探测的高度范围和分辨率方面相互补充，可以为我国的航天活动、国防工程建设和其他应用部门提供空间环境监测和预报服务。激光雷达还可被广泛地应用于环境监测、航天、通信、导航和定位等高新技术领域。
但是激光雷达的光路部分调节方式在传统上基本上依靠手工调节，存在调节时间长，精度不易达到的缺点。如果能存在可控制的操作平台，采用基于软件自动调节的方式，则可以克服此缺点。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种Na激光雷达的控制方法，增强了自动控制的程度，节省了调节光路的时间。
本发明提供的技术方案是一种Na激光雷达的控制方法，包括以下步骤1、设置串口，通过串口与光子计数器、折返台进实现连接；2、初始化光子计数器、折返台控制器；3、通过串口发出指令，控制光子计数器开始数据采集；4、将采集到的数据传回计算机，；5、画出数据的反演形式；6、修改折返台南北指向；7、返回第3步，直到采集到的数据合适为止；8、修改折返台的东西指向；9、执行第3、4、5步；
10、采集到的数据若不合适，返回第9步；11、如有需要，可返回第3步；12、将最合适的参数发给折返台，开始自动进行数据采集。
本发明的特点通过对光子计数器的计算机控制，增强了自动控制的程度；通过对折返回台的计算机控制，节省了调节光路的时间。
图1本发明实施例模块连接的关系图；图2本发明实施例模块的信号流图；图3本发明实施例主程序框图；图4本发明实施例对光子计数器进行控制的程序框图；图5本发明实施例对折返台进行控制的程序框图；图6本发明实施例自动数据采集程序框图；图7本发明实施例数据文件格式。
具体实施例方式
本发明实施例的的实施步骤如图3所示。其具体步骤如下1、设置串口，通过串口与光子计数器、折返台进实现连接；2、初始化光子计数器、折返台控制器；3、通过串口发出指令，控制光子计数器开始数据采集；4、将采集到的数据传回计算机，；5、画出数据的反演形式；6、修改折返台南北指向；7、返回第3步，直到采集到的数据合适为止；8、修改折返台的东西指向；9、执行第3、4、5步；10、采集到的数据若不合适，返回第9步；11、如有需要，可返回第3步；12、将最合适的参数发给折返台，开始自动进行数据采集。
具体实施过程如下(1)、在Visual C++6.0编译环境下，实现程序界面编辑。分为菜单项，可以读取数据文件并显示；控制面板，用来设置控制参数以及显示控制返回信息；数据文件显示区，分为指数显示区及原始数据显示区。程序主类为Doc文档类以及View视图类。在View视图类资源栏里添加入OnCommMscomm控件。该控件在Visual C++编译环境下主要用来进行PC机与其串口间的通信。可通过该串口与附有串口的仪器进行通信。这里设置计算机的串口1与串口2的通信速率为9600bps，8位。其中，将串口1用来控制光子记数器，串口2用来控制折返台。
(2)、通过串口1依次发出命令″OUTP 0″、″CLRS″、″BWTH″、″BREC″、″RSCN″，初使化光子计数器。命令字的含义分别为清零、设置bin宽、设置记录长度，设置记录宽度。通过串口2依此发出两次命令MoveAndWait，将折返台调整至上次记录所存储的绝对位置处，即完成了对折返台的初始化。
(3)、采集数据之前，先校准时间。然后保存系统设置，再通过串口1发出命令字“SSCN”。然后需要为下一步数据传输准备好存储的数据文件名。该文件名由开始采集时的时间所决定，格式为“年月日时分”。
(4)、当“存储”按键使能时，光子计数器传回的数据已经在计算机的缓存当中。然后设置存储数据文件的目录，创建新文件，首先将上一步保存的系统设置数据写入，然后依次写入缓存中传回的数据文件。数据文件格式见附图7本发明数据文件格式。
(5)、选取z0为归一化高度，则在z0处，大气的密度为n(z0)=(N(z0)-NB)ηTa(z0)2N0Az02σ0δR---(4.12)]]>那么探测高度z处的大气密度表示为n(z)=(N(z)-NB)ηTa(z)2N0Az2σ0δR---(4.13)]]>我们选取z0＝30km处作为归一化高度，则30km以下大气对激光束的衰减不可忽略，30km以上的大气透射系数可定为1。将(4.12)式、(4.13)式相比较有n(z)=z2σ0n(z0)z02σ(N(z)-NB)(N(z0)-NB)---(4.14)]]>其中z0表示归一化高度；n(z0)为归一化高度上的大气数密度；这里选取n(z0)＝3.828×1023m-3(US Standard Atmosphere 1976)
N(z)为z高度上距离Δz范围内在积累时间Δt内的回波光子计数；N(z0)为z0高度上距离5km范围内(27.5-32.5km)的平均回波光子计数；NB为背景光子记数；由于在70km和130km附近不会出现Na层的共振荧光散射，Rayleigh散射信号也可以忽略不计，回波光子计数基本上是由固有背景噪声引起的，因此，分别以70km和130km为中心，求5km以内的回波光子计数的平均值(即67.5~72.5km，127.5~132.5km)，就可以得到固有背景噪声。
归一化高度处的大气散射机制应是Rayleigh散射，则σ0是瑞利微分散射截面；σ表示钠荧光共振微分散射截面。根据激光器的输出波长和线宽，算得瑞利微分散射截面σ0和钠荧光共振微分散射截面σ分别是4.012×10-32m2·sr-1，0.436×10-16m2·sr-1，具体计算过程由下一节给出。由此我们就可以通过探测得到的回波光子数反演出相应高度处的大气密度。
(6)、通过串口2依此发出命令MoveAndWait。但折返台的移动步长需要根据偏差来判断。如果偏得较远，步长可以稍大；如果偏得较近，则步长不宜太大。一般定为10。调整完后返回第三步。
(7)、此时需要判断返回的数据是否合理。经验值是在瑞利反射的高度，光子数应尽量大，其峰值应超过100。如果合理，通过串口2依此发出命令MoveAndWait指令来调节折返台东西指向。同调节南北指向的过程，也是将数据调整到合适为止。
(8)、调整系统时间，将Nalidar雷达与Fe雷达的时间核对为一致。
将参数值进行保存，开始自动采集。如果时间到了，自动采集停止。自动采集包括设置光子计数器，设置折返台，启动数据采集，上传数据，保存数据文件等过程，见图6本发明自动数据采集程序框图。
权利要求
1.一种Na激光雷达的控制方法，其特征是，包括以下步骤(1)、设置串口，通过串口与光子计数器、折返台进实现连接；(2)、初始化光子计数器、折返台控制器；(3)、通过串口发出指令，控制光子计数器开始数据采集；(4)、将采集到的数据传回计算机，；(5)、画出数据的反演形式；(6)、修改折返台南北指向；(7)、返回第(3)步，直到采集到的数据合适为止；(8)、修改折返台的东西指向；(9)、执行第(3)、(4)、(5)步；(10)、采集到的数据若不合适，返回第(9)步；(11)、如有需要，可返回第(3)步；(12)、将最合适的参数发给折返台，开始自动进行数据采集。
全文摘要
一种Na激光雷达的控制方法，包括以下步骤1.设置串口，通过串口与光子计数器、折返台进实现连接；2.初始化光子计数器、折返台控制器；3.通过串口发出指令，控制光子计数器开始数据采集；4.将采集到的数据传回计算机，；5.画出数据的反演形式；6.修改折返台南北指向；7.返回第3步，直到采集到的数据合适为止；8.修改折返台的东西指向；9.执行第3、4、5步；10.采集到的数据若不合适，返回第9步；11.如有需要，可返回第3步；12.将最合适的参数发给折返台，开始自动进行数据采集。通过对光子计数器的计算机控制，增强了自动控制的程度；通过对折返回台的计算机控制，节省了调节光路的时间。
文档编号G01S17/00GK1776454SQ20051001983
公开日2006年5月24日 申请日期2005年11月18日 优先权日2005年11月18日
发明者易帆, 周军, 余长明, 刘博 , 张云鹏 申请人:武汉大学