移动激光雷达标定控制系统及方法

本发明涉及雷达标定，尤其涉及移动激光雷达标定控制系统及方法。

背景技术：

1、高海拔宇宙线观测站（lhaaso）是以宇宙线观测研究为核心的国家重大科技基础设施，其核心科学目标是研究银河系内外宇宙线的起源、加速和传播机制，黑洞、中子星等致密天体高能物理过程，暗物质粒子的寻找及新物理的发现。广角切伦科夫望远镜阵列（wfcta）是其四种主要探测器之一，主要物理目标是通过阶段性阵列布局，多参数、分能段精确测量30 tev-1 eev的宇宙线单成份能谱。其测量宇宙线能谱主要是对探测到的光子数进行计算得到，因此需要对望远镜接收到的光子数进行绝对标定。切伦科夫光在传播过程中受到空气分子的散射（瑞利散射）及气溶胶散射（米散射）而损失部分光，由于瑞利散射损失的光是可以通过严格的计算而得到，而气溶胶散射损失的光必须经过实际测量才能估算，因此必须对站区附近大气质量进行实时监测，测量得到气溶胶水平衰减 、散射角分布、垂直方向的分布等，从而对观测数据进行有效筛选和修正，提高数据质量并降低系统误差。采用激光标定也是以大气荧光/切伦科夫光为探测手段的探测器经常使用的定标方法移动激光雷达标定室可以进行水平衰减长度的测量以及气溶胶散射角分布的测量，是为了给广角切伦科夫望远镜阵列提供对比数据，修正绝对标定以及对大气气溶胶分布的测量。在望远镜运行期间，移动激光雷达标定室也需要同其他几个固定激光雷达标定室按照特定的巡航方案一同运行，和其他标定室的要求相同，移动激光雷达标定室也需要能够长时间稳定地工作，且由于在高海拔的野外运行，需要保持激光稳定运行在许多恶劣环境条件下，如：野外大风、灰尘、低温、雨雪、无电力、无信号、难以运输等问题。

2、为了保证移动激光雷达标定室的远程控制和观测方案的成功实现，实现移动激光雷达标定室数据的流通和环境变量的监测，需要对其进行相应的设计和控制。运行激光器时，对激光器的温度以及湿度运行具有非常严格的要求，对于野外环境变量的监测就格外重要。

技术实现思路

1、为实现上述激光雷达标定室的控制问题，本发明提出了移动激光雷达标定控制系统及方法。

2、第一方面，移动激光雷达标定控制系统，包括：

3、温控模块：通过加热带配合温控仪及可控硅对温度进行控制和监测；

4、电压及电流监测模块：使用电压传感器及电流传感器监测经过稳压源后的电压和电流；

5、角度监测模块：用平面位置评判光学平台平面角度；

6、时序信号模块：使用gps获得时间信号，通过延时器进行特定延时，与其余标定室的激光信号区分开，再通过led驱动板抬高信号电平供给激光器使用外触发发出激光；

7、供电模块：包括发电机和稳压源，在不影响观测的位置通过电源线为标定室供电。

8、进一步，所述温控模块检测控制温度采用pid算法进行偏差控制，pid控制规律为：

9、；

10、其中，为比例增益，与比例度成倒数关系；为积分时间常数；为微分时间常数；为pid控制器的输出信号；为给定值与测量值之差。

11、进一步，所述温控模块还包括：直流电源连接散热风扇对保温板壁进行散热；采用可拼接保温层进行保温板的拆卸或补加。

12、进一步，所述角度监测模块还包括采用倾角传感器进行监测，所述倾角传感器采用rs485通信方式。

13、另一方面，移动激光雷达标定控制方法，包括：

14、将标定室放置在合适的观测点，进行方位的校准；

15、通过授时程序获得gps读取到的时间信号并传回给控制程序操控激光开启；

16、在检查光路能够正常出光之后，通过控制程序控制俯仰和方位，调整校准零度和正北的方向并记录下来。

17、进一步，还包括：根据设定的保存周期记录存储不同传感器所读取到的各种数据，包括温度、湿度、角度、时间、激光能量。

18、进一步，所述光路正常出光检查和正北方向的调整校准采用rtkv90定位系统进行激光系统的标定。

19、进一步，所述读取各种数据的传感器通过tdms方式存储数据，读取分析方式包括表格读取分析。

20、本发明的有益效果：本发明提出了移动激光雷达标定控制系统及方法，通过加热带配合温控仪及可控硅对温度进行控制和监测；使用电压传感器及电流传感器监测经过稳压源后的电压和电流；用平面位置评判光学平台平面角度；使用gps获得时间信号，通过延时器进行特定延时，与其余标定室的激光信号区分开，再通过led驱动板抬高信号电平供给激光器使用外触发发出激光；供电模块包括发电机和稳压源，在对应位置通过电源线为标定室供电；通过wifi连接控制电脑，实现一定距离、无接触控制，减小人为活动对标定室震动影响。通过本控制系统对移动激光雷达标定室进行控制，实现了激光雷达标定室的自动调整校准、环境监测、能量监测和供电等。本发明所提出的控制系统及方法，温控仪配合加热带和可控硅的工作可以对激光器的工作温度进行很好的调节，让激光器一直稳定运行在最佳温度；电压电流传感器监测数据可以在电压过高或过低时及时关闭激光器以及控制器避免器件损坏；使用rkt测量两个点位的坐标，可以获得精度较高的调节标准零点以及正北方向；gps配合延时器和led驱动板的方法可以得到稳定输出的延时，区分各个标定室的时间窗口。

技术特征：

1.移动激光雷达标定控制系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的移动激光雷达标定控制系统，其特征在于，所述温控模块检测控制温度采用pid算法进行偏差控制，pid控制规律为：

3.根据权利要求1所述的移动激光雷达标定控制系统，其特征在于，所述温控模块还包括：直流电源连接散热风扇对保温板壁进行散热；采用可拼接保温层进行保温板的拆卸或补加。

4.根据权利要求1所述的移动激光雷达标定控制系统，其特征在于，所述角度监测模块还包括采用倾角传感器进行监测。

5.根据权利要求1所述的移动激光雷达标定控制系统，其特征在于，所涉及的传感器、转台控制器、光学快门、能量计等通过rs485或者rs232连接串口服务器，还包括网线通讯及wifi无接触通讯。

6.移动激光雷达标定控制方法，基于权利要求1~5任意一项所述的移动激光雷达标定控制系统实现，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的移动激光雷达标定控制方法，其特征在于，还包括：根据设定的保存周期记录存储不同传感器所读取到的各种数据，包括温度、湿度、角度、时间、电压、电流、转动角度、激光能量。

8.根据权利要求6所述的移动激光雷达标定控制方法，其特征在于，所述光路正常出光检查和正北与水平方向的调整校准采用rtkv90定位系统进行激光系统的标定。

9.根据权利要求7所述的移动激光雷达标定控制方法，其特征在于，所述存储不同传感器所读取到的各种数据，存储方式为tdms方式，读取分析方式为表格读取分析。

技术总结
本发明公开了移动激光雷达标定控制系统及方法，通过加热带配合温控仪及可控硅对温度进行控制和监测；使用电压传感器及电流传感器监测经过稳压源后的电压和电流；用平面位置评判光学平台平面角度；使用GPS获得时间信号，通过延时器进行特定延时，与其余标定室的激光信号区分开，再通过LED驱动板抬高信号电平供给激光器使用外触发发出激光；供电模块包括发电机和稳压源，在不影响观测的位置通过电源线为标定室供电。通过本控制系统对移动激光雷达标定室进行控制，实现了激光雷达标定室的自动调整校准和供电。

技术研发人员：陈龙,祝凤荣,袁国韬
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12