斜程能见度激光雷达机电系统设计及初步实验观测

发布时间：2023-12-24 19:39

　　能见度,特别是斜程能见度,是大气测量中很难测准的参数之一,在航空领域中直接影响飞行器起飞降落的安全性。斜程能见度反演时需要高精度的气溶胶消光系数廓线,而激光雷达作为一种主动式遥感探测手段,其具有高时空分辨率和高探测灵敏度的优势,已成为探测气溶胶消光系数、后向散射系数和光学厚度等光学特性的重要仪器。目前激光雷达大多采用竖直模式工作,以探测大气层的光学特性廓线,如果增加二维扫描功能,则可用于探测斜程能见度。本文主要研究斜程能见度激光雷达的二维扫描机电系统,为斜程能见度探测提供高精度、高可靠的技术支持。二维扫描机构是斜程能见度激光雷达的重要部件之一,根据其主要技术指标,本文设计了一套激光雷达二维扫描机械系统。首先探讨分析了大气斜程能见度的激光雷达探测理论,基于速度为0.05°/s-6°/s和精度为0.05。的设计要求,采用了1:70减速比的蜗轮蜗杆驱动副机构,并进行了静力学分析,采用了调心滚子轴承作为回转运动副,由步进电机驱动蜗杆进行动力传递,采用增量式光电编码器作为位置及速度的测量环节,通过控制器,形成半闭环控制结构,可对位置偏差进行实时补偿,提高扫描机构的回转精度和响应速度。最后对扫描反...

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 能见度的发展现状
        1.2.2 激光雷达能见度探测的发展现状
    1.3 论文主要工作及研究内容
2 斜程能见度激光雷达系统
    2.1 激光雷达遥感原理
        2.1.1 激光与大气的散射作用
        2.1.2 激光雷达探测工作原理
    2.2 气溶胶的反演算法
        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 能见度激光测量原理
        2.3.1 能见度的基本方程
        2.3.2 水平能见度方程
        2.3.3 斜程能见度方程
    2.4 斜程能见度激光雷达系统构成
    2.5 二维扫描机电系统
        2.5.1 二维扫描机构方案对比与选择
        2.5.2 二维扫描机构电控模块设计
    2.6 本章小结
3 二维扫描激光雷达的机械系统设计
    3.1 扫描机构总体结构设计
    3.2 二维扫描回转结构设计
        3.2.1 回转结构设计与分析
        3.2.2 运动副设计和计算
        3.2.3 蜗轮蜗杆的设计和校核
        3.2.4 回转结构的装配图
    3.3 扫描反射镜设计
    3.4 本章小结
4 激光雷达集成控制软件
    4.1 二维扫描激光雷达系统构成
    4.2 激光雷达的通信方式
        4.2.1 二维扫描系统的通信
        4.2.2 激光器网络通信
    4.3 激光雷达系统的软件设计
        4.3.1 扫描运动控制模块
        4.3.2 激光器控制模块
        4.3.3 数据采集模块
    4.4 人机交互界面设计
    4.5 本章小结
5 斜程能见度激光雷达初步实验观测及分析
    5.1 自适应算法分析及研究
        5.1.1 边界高度自适应选取
        5.1.2 边界值反演算法
    5.2 初步实验观测及分析
        5.2.1 二维扫描实验
        5.2.2 观测实验
    5.3 本章小节
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间主要研究成果



本文编号：3875179