激光云高仪控制器的设计

云高测量有多种方法,采用激光技术实时观测云高是发展的方向,国内外也已经有了激光云高仪（计）的样机或初级产品。从实用要求上看,激光云高仪需在野外环境全天候自动连续运行,而目前的产品在环境适应、工作稳定、自动化程度、数据的可靠性以及体积、能耗、成本等诸多问题还需要努力优化和改进。对其中的核心技术单元——激光云高仪控制器进行了全新的技术开发,使上述问题得到了综合性改进。介绍了激光云高仪控制器的总体结构和初步技术参数,并简述了其数据采集与处理,数据显示与存储,自控过程和软件部分。     

合肥董铺岛目测云量统计及其与仪器测量资料的对比

利用合肥董铺岛1999～2004年目测的云量测量资料,统计分析了年、季、月总云量的平均和概率分布。结果表明：夏季云量偏多,平均每天有80％,秋季云量最少,平均每天不足50％,十一月份的无云天为全月的25％,六月份100％云量的天数占全月的57％。这可能与本地区雨季和下垫面的影响及东亚季风有关。同时对目测与全天空成象仪在2004年4月～2005年4月的所测云量资料作了相关性分析,两者测量的月总云量的相关系数都大于0．75,但仪器对大气层水汽和气溶胶等悬浮粒子（即雾气）真实的识别性不够,两者之间平均约有1％～7％的差异。     

合肥董铺岛目测云量统计及其与仪器测量资料的对比

利用合肥董铺岛1999～2004年目测的云量测量资料,统计分析了年、季、月总云量的平均和概率分布。结果表明：夏季云量偏多,平均每天有80%,秋季云量最少,平均每天不足50%,十一月份的无云天为全月的25%,六月份100%云量的天数占全月的57%。这可能与本地区雨季和下垫面的影响及东亚季风有关。同时对目测与全天空成象仪在2004年4月～2005年4月的所测云量资料作了相关性分析,两者测量的月总云量的相关系数都大于0．75,但仪器对大气层水汽和气溶胶等悬浮粒子(即雾气)真实的识别性不够,两者之间平均约有1%～7%的差异。     

激光云高仪云量自动反演算法

云是气象预测和航空航海等领域中非常重要的因素之一,所以对云进行观测具有重要的现实意义。而云量作为其中重要的气象参数之一,已成为气象观测的重要内容。目前,对于云量的观测主要还是靠目测,由于各种因素的影响导致误差较大。测量云量是激光云高仪的一个重要应用。提出了一种激光云高仪云量自动反演算法,算法以激光云高仪单点测量数据为基础构造一个关于时间和云层高度的二维图像,按照云层所占用的时间比率进行反演计算云量。对比实验验证表明,算法能较为准确地反演出云量信息,对激光云高仪具有实用价值。     

激光雷达云数据视场交迭异常监测系统

激光雷达扫描得到的点云数据以欧氏距离和交并比作为阈值对异常情况监测。但是,视场交迭异常对这两个二维参数的阈值突破不敏感,因此设计激光雷达云数据视场交迭异常监测系统。运用监测模块分析激光雷达点云数据,获取数据视场交迭系数。利用回声信号采集模块对数据进行高速计数累积和缓存。增加激光雷达云数据视场交迭区域可见光谱的范围,将拷贝的数据传送给数据监控模块。设置激光雷达点云数据监控节点,按照顺序取值划分异常阈值,利用其能够迅速精准捕捉视场交迭异常,实现异常监测。实验结果表明,所设计系统监测精准度高,虚警率与漏警率低,在激光雷达云数据处理领域具有较好的应用前景。     

用于激光云高仪的微分增强云检测方法

激光云高仪是对大气中云的时空分布进行自动连续监测的有力工具之一,现有的云检测算法在低信噪比或有气溶胶影响时容易产生误判或漏判。文中分析了激光云高仪回波的原始信号、一阶微分信号和二阶微分信号特征,构造了两个新的信号序列,提出了一种微分增强云检测方法。该算法可以实现对云回波信号中云峰和云边界特征的增强和分离,有效修正了低信噪比和气溶胶层对云检测带来的误差。通过实验对比了微分增强法和微分零交叉法的云检测结果,结果表明:微分增强法在不影响云高判别的情况下,能有效地减少云的漏判和误判。     

基于激光雷达点云数据的光伏电站智能巡检系统

面对当前使用的人巡和机巡方法缺少对光伏电站周围环境分析,使电力线巡检数据评估结果与实际结果不一致,导致智能巡检结果不精准的问题,设计了基于激光雷达点云数据的光伏电站智能巡检系统。利用倾斜摄影相机可以转换视觉模式,确保不会发生不同视角下的摄影重叠问题。设计环境和设备信息采集模块,集中处理环境参数,并将处理结果存入存储模块。采用激光雷达,实现测距。利用激光脉冲对点云数据进行采集和处理,对雷达参数进行调整。通过计算激光源到被测点的距离,得到光伏电站周围的环境信息。建立三维曲面模型拟合电力线,获得最佳参数。设计输电线路巡检航线自动规划流程,完成光伏电站智能巡检。由实验结果可知,该系统水平距离和垂直距离均与实际数据一致,具有精准的巡检结果。     

网络化激光雷达的多源数据融合点云分类算法研究

针对当前多源数据融合点云分类算法的激光雷达点云数据分类精度较低,分类时间较长的问题,提出网络化激光雷达的多源数据融合点云分类算法.利用加权航迹关联法,计算各激光雷达目标航迹号,并打散已关联航迹,通过泰勒级数将非线性问题转化成近似线性问题,求解线性状态,融合多源数据.使用主成分分析法,求解点云法线与曲率,分割段协方差矩阵...     

基于激光雷达点云数据的树种识别系统设计

针对传统树种识别系统存在的识别精度不高,借助雷达技术获取的地物三维点云数据与传统意义上的遥感技术获取的影像数据融合,仍存在特征不连续等缺陷,使地物智能化分类和识别等处理难度加大,提出基于激光雷达点云数据的树种识别系统设计.根据激光雷达点云数据识别的基本工作原理,设计系统硬件结构框图,选择K6多光谱摄像机输出影像信号,再...     

一种高速数据采集便携式激光测云仪

介绍了一种基于晋通单片机买现对大气回波信号高速数据采集的新型便携式激光测云仪。测云仪发射部分采用了工作波长1064nm、脉冲宽度15ns、每脉冲能量10mJ的Nd：YAG固体激光器;接收部分由Ф70mm口径的接收望远镜、伺服受控的雪崩光电探测器和带宽3nm的窄带滤波器组成,滤波器被用来滤除白天背景噪声;普通的80C196单片机负责完成对整机的控制和对激光回波以距离间隔7．5m的数据采集工作,并对数据进行实时处理和计算。与其它散射介质相比,云有不同的后向散射回波,通过分析回波特性和差异,能反演出云底高度。用该设备进行了为期1个月的云高实测对比试验,测低云性能得以提高,测量结果与实际基本吻合。     

探测云和气溶胶的机载双波长偏振激光雷达

针对机载双波长偏振激光雷达的技术特点,结合搭载遥感飞机的基本性能,分析了激光雷达的设计方法;仿真计算了激光雷达的配置参数;解决了激光雷达应用于航空平台的一些关键技术。通过实验取得了初步的结果,地基实验表明,激光雷达达到设计指标要求的探测能力。初步的飞行实验结果表明,激光雷达采用的关键技术符合航空平台关于体积、重量、功耗以及环境适应性的要求。利用激光雷达的主动探测能力,结合机上同时搭载的被动遥感仪器,将实现国家关注的大气成分及其环境要素的科学实验研究目标。     

微脉冲激光雷达的气象应用

微脉冲激光雷达（MPL）是探测气溶胶、云雾和水平能见度的有效工具,具有性能稳定、结构简单、便于移动、探测数据准确、对人眼安全等特点。主要介绍微脉冲激光雷达的原理,两种激光雷达数据处理的方法（斜率法和Fernald法）,及其在气象领域的应用,主要包括：（1）水平能见度以及大雾监测;（2）精确地探测云高、云厚、云区的消光系数和云的层次等信息;（3）大气气溶胶的垂直分布和演变过程。     

利用星载激光雷达研究中国海及其周边海域的云层分布

利用2007~2010年4年间的CALIPSO 5 km二级云数据对中国海及其周边海域层数不同的云的出现概率（COF）随年度、月份和区域的变化进行了统计分析,并将2007年、2008年的部分统计结果与MODIS数据的统计结果相比较。结果表明：在研究区域,不同年份的层数相同的云的出现概率差别小于3%,且不同年份的出现概率区域分布相近,在靠近赤道的海域高于80%,在20°N附近海域低于50%,这与MODIS数据的统计结果相一致;同一年不同月份的出现概率差异明显,但是4年都是在6、7月出现最大值,层数相同的云的出现概率随纬度变化而明显变化。     

利用云团实现激光遥测风速

提出利用云团实现激光遥测大气风速，并用研制的一台测量风速的激光雷达，在香港地区的上空测量了不同气象条件下的各种风速数据。     

基于面阵三维成像激光雷达的目标点云分割技术

针对偏振三维成像系统的高效目标三维点云分割问题,提出一种多维信息融合的高效分割理念。系统采用高分辨率EMCCD相机作为面阵探测器,在一次成像过程中,可同时获得视场中的灰度图像以及三维点云数据。根据该成像特点,建立灰度图的像素坐标与点云数据像素坐标之间的点对点映射关系,结合粒子群优化算法的边缘分割方法,将灰度图中目标分割后的坐标信息映射到三维点云数据中,得到其三维点云数据。该方法将三维点云数据降维处理为二维图像处理,显著降低了计算复杂度,避免了点云数据误差对分割精度造成的影响。实验验证了多维数据融合目标三维点云分割方法的有效性。     

激光雷达常数的测量研究

提出了一种新的激光雷达常数的确定方法.利用在大气气溶胶水平分布均匀的天气条件下,在无几何因子影响的区域通过激光雷达消光后向散射比和美国大气模式的数值计算得到激光雷达常数.理论上分析了误差来源,由激光雷达消光后向散射比引起最大的误差小于12.27%.最后根据测量信号计算得到本系统激光雷达常数为600668.2 sr·km3,其标准偏差小于13%.不同时刻的测量结果显示了很好的一致性,表明该方法是可行的.激光雷达常数的获取为评估激光系统以及激光雷达方程的参数反演带来的便利.     

基于CALIPSO数据反演云相态的方法研究

依据云粒子对偏振激光的消偏原理,基于星载激光雷达CALIPSO的数据,利用其层积分衰减的后向散射β与层积分的退偏振比δ之间的二维阈值关系及其空间相关性提出了一种云相态识别的新算法.应用该算法对2010年3月3日中国区域内的一轨CALIPSO数据进行了云相态的反演实例实验,并对实验反演结果与CALIPSO相态产品进行了对比分析.结果表明该算法具有更高的云相态识别精度.