一种激光云高仪的数字化处理装置的制作方法

本实用新型属于云高测量技术领域，具体涉及一种激光云高仪的数字化处理装置。

背景技术：

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。

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。

因此，本领域技术人员亟需提供一种对激光回波信号进行数字化处理从而解决低层大气气溶胶浓度过高与远区云体信噪比较小而产生的问题、提高云体识别能力，同时增加有效量程、提高测量精度的激光云高仪的数字化处理装置。

技术实现要素：

针对上述现有技术中激光云高仪的不足，本实用新型提供了一种对激光回波信号进行数字化处理从而解决低层大气气溶胶浓度过高与远区云体信噪比较小而产生的问题、提高云体识别能力，同时增加有效量程、提高测量精度的激光云高仪的数字化处理装置。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种激光云高仪的数字化处理装置，该装置包括微处理单元、数据存储模块、时钟模块、串口通信模块、用于对回波信号进行实时采集的高速采样模块及用于为上述模块供电的电源模块；所述高速采样模块的输入端设有用于对回波信号进行放大处理的对数放大器，所述高速采样模块的输出端与微处理单元的输入端电连接，所述时钟模块的输出端与微处理单元电连接，所述数据存储模块与微处理单元双向通信连接，微处理单元通过串口通信模块与上位机双向通信连接。

优选的，所述微处理单元采用工作频率为72MHz的STM32F103型号单片机。

优选的，所述高速采样模块采用14位、20MSPS的AD9649型号高速模数转换器。

优选的，所述对数放大器的型号为AD8310，其作为装置的信号接收端布置在高速采样模块前端调整电路之前。

优选的，所述数据存储模块采用AT24C1024型号芯片。

优选的，所述电源模块采用ADP2302和ADP2119同步降压DC-DC稳压器。

优选的，所述时钟模块采用DS1302型号芯片。

优选的，所述串口通信模块采用RS232通信模块。

进一步的，该装置内置于或外挂于激光云高仪上。

本实用新型的有益效果在于：

1)、本实用新型采用数字化处理技术取代了原有的脉冲计数工作方式，通过对整个路径上光束回波信号进行高速采样、存储，记录下整个光路历程可能存在的云层信息，可有效解决因低层大气气溶胶浓度过高而发生云误测和因远区信噪比降低而发生漏测的问题；提高了云体识别能力，同时增加有效量程，提高测量精度。

2)、本实用新型中数据存储模块可以存储测量结果，完成一次或数次的云高信息采集作业。此外，在高速采样模块前端添加了对数放大器，保证了云高仪有很宽的动态范围，能使远距回波弱信号得到高增益放大，对于近距回波强信号则自动降低增益，避免饱和，保证了本实用新型测量的精确度。同时，还了引入通信模块可将数据和结果传输到上位机作为历史数据保存，或进行进一步的数据加工处理。

3)本实用新型中采用微处理单元实现了高频电路的数字化处理，克服了传统激光云高仪仅能对模拟回波进行分析处理的不足，具有低功耗，低成本，体积小，使用灵活的优势。

附图说明

图1为本实用新型的结构简示图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，为一种激光云高仪的数字化处理装置，该装置包括微处理单元、数据存储模块、时钟模块、串口通信模块、用于对回波信号进行实时采集的高速采样模块及用于为上述模块供电的电源模块；所述高速采样模块的输入端设有用于对回波信号进行放大处理的对数放大器，所述高速采样模块的输出端与微处理单元的输入端电连接，所述时钟模块的输出端与微处理单元电连接，所述数据存储模块与微处理单元双向通信连接，微处理单元通过串口通信模块与上位机双向通信连接。

其中，微处理单元控制着各个功能模块的工作，为高速采集模块提供时钟信号，对采集到的数据进行信号处理进而得到云底高度。高速采集模块的主要功能是将接收器接收到的模拟回波信号转换为能被微处理器处理的一个N位数字信号，并在信号输入端连接一个对数放大器，避免近距回波的饱和。数据存储模块的主要功能是接收由高速采集模块处理后的数据，以二进制的形式作为历史数据保存。电源模块为系统提供1.8V和3.3V的电压。时钟模块为系统提供同步时钟，并提供接收激光回波的时间。串口通信模块用于数据的传输。

在该装置中，微处理单元采用工作频率为72MHz的STM32F103型号单片机，该芯片不仅性能优异，功耗极低，并且集成度相当高，便于开发。

高速采样模块采用14位、20MSPS的AD9649型号高速模数转换器；由微处理单元的PWM定时器为其提供时钟输入信号，从而高速采样模块可以对整个路径上的光束回波信号进行每间隔7.5m的高速采样，产生高精度的数字量。

对数放大器的型号为AD8310，其作为装置的信号接收端布置在高速采样模块前端调整电路之前。

数据存储模块采用AT24C1024型号芯片，可存储约500次的测量结果，足以完成一次或数次的云高信息采集。

电源模块采用ADP2302和ADP2119同步降压DC-DC稳压器。

时钟模块采用DS1302型号芯片。

串口通信模块采用RS232通信模块。

下面结合附图对本装置的工作原理作出如下的进一步说明。

本实用新型激光云高仪的数字化处理装置可以内置或外挂到固定式激光云高仪、便携式激光云高仪或手持式激光云高仪上，以提高激光云高仪的云体识别能力，增加有效量程，提高测量精度。

如图1所示，由激光接收器接收的回波信号，经对数放大器做放大处理后通过AD前端调理电路，使输入信号满足AD转换器的要求，然后由高速采样模块对回波信号进行实时采集，将连续变化的模拟量转换成数字量；再由微处理单元实现信号处理，得到云高信息；最后将处理后的数据与时钟模块产生的时间信息以特定的格式作为历史数据存入外扩的数据存储模块中。当计算机发出数据传输指令时，微处理单元再将数据通过串口通信模块发送至计算机。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。