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　　激光雷達的一個重要應用領域是大氣探測，大氣探測是利用各種探測手段對大氣中的物理過程和物理現象及氣象要素等進行觀測、探測并使用不同的載體記錄下來。大氣探測所獲取的氣象記錄、資料是進行天氣預報、氣候分析、氣象科學研究和為各行各業服務的基礎。

　　隨著我國工業經濟的發展，大氣污染也日益加重。保護我們的生存環境，保護人類賴以生存的大氣層，已經是迫不及待的事情了。發展一種快速檢測大氣中污染氣體的手段，已成為激光雷達研究中的最重要的課題，因為它關系到我國社會能否持續發展的重大問題。

　　激光雷達是一種主動式的現代光學遙感設備，其基本工作原理與普通雷達類似：由發射系統發送一個信號與目標物質作用，返回的帶有目標物質信息的信號被接收系統收集并進行處理以獲得需要的信息。所不同的是激光雷達的發射信號是激光，它是傳統無線電波雷達在光學頻段上的延伸。基于激光的各種特性，激光雷達具有很高的時空分辨率和探測靈敏度，在大氣探測和研究方面有著廣闊的應用前景。

　　2．激光雷達中的AD采集卡

　　光電倍增管輸出的模擬電流信號必須轉換為電壓，經放大、數字化后才能提供給計算機做數據處理，最終得到污染物的濃度分布。因此數字化是很重要的一個環節。圖1是差分激光雷達接收系統的原理圖，圖上只列出了主要部件。下面我們重點介紹一下對數據采集卡的要求。激光雷達通常以20HZ的頻率發射激光脈沖，要求AD采集卡以10MHZ的速度與發射同步地連續采集1000點的回波信號。對應的探測距離是15公里，距離分辨率是15m。由于激光雷達是脈沖式工作，數據流量并非很大。連續測量的時間每次大約是100秒到1000秒，并因測量目的而異。為了能夠實時顯示，通常把每個脈沖的數據都保存和顯示，因而不要求很大的板上存儲空間。

　　

　　另一個重要的指標是AD轉換分辨率，8bit分辨率對應于滿量程0.3%的精度，12bit分辨率對應0.025%的精度。由于激光雷達回波信號變化范圍很大（動態范圍大），我們又要求有很高的測量精度，特別是想得到污染物空間分布圖時，因此我們希望采用12bit以上的高分辨率的采集卡。總之，激光雷達對AD采集卡的主要要求有：10MHz以上的采集速度，12bit以上的AD分辨率，50歐姆輸入阻抗，較高的靈敏度和足夠的通帶寬，外觸發采集功能，對外部干擾隔離好，支持多種語言的驅動軟件等。而坤馳科技的QT1130高速數據采集卡在技術上是完全符合要求的。

　　系統上使用的QT1130采集卡的技術指標如下：

最大支持四通道同步采集

最高1GSPS 采樣率

12bit 轉換精度

最高2GHz 模擬輸入帶寬

最大板載4GB DDR3 存儲器

支持外部觸發輸入或輸出

PCIe x8 Gen2 接口，數據連續傳輸率3.0GB/s

FPGA 支持用戶自定義邏輯開發

　　

　　3.數據處理軟件設計

　　如果采用實時處理模式，新產生的數據被實時處理模塊捕獲，實時處理模塊對數據的合法性進行檢查同時判斷出數據的類型然后傳遞到數據處理算法。數據處理算法模塊根據數據的類型調用合適的算法進行計算，一方面把結果存入文本文件，另一方面根據顯示模式的不同把結果傳遞到不同的圖像繪制模塊。在一般測量情況下將數據傳遞到曲線繪制模塊，車載激光雷達進行被測物質時間分布測量時將數據傳遞到時間演化圖繪制模塊，如果車載激光雷達進行被測物質空間分布測量時將數據傳遞到剖面圖繪制模塊。各圖像繪制模塊完成結果的顯示后將圖像保存為圖片文件以備以后查閱。

　　

　　

　　圖3 軟件模塊與數據流

　　4．AD采集卡的抗干擾問題

　　高速數據采集卡可能引進噪音，主要包括來自周圍電子器件的隨機干擾、與激光器發射相關的電磁干擾和本底基線偏移。本底基線指激光雷達系統的暗背景測量基線，理想情形它是一條水平直線。可是在實際系統中經常觀察到起點偏移，我們稱本底基線偏移。這種偏移很小，但是它不穩定，它與真實的信號重疊在一起成為測量誤差。為了能探測到污染分子的存在，必須最大的提高系統靈敏度，通常要把激光測量重復幾千次甚至幾萬次以提高信噪比。同時必須盡量的減小各種干擾，包括這種基線偏移。

　　實驗證明，減小外觸發信號可以減小本底基線偏移；說明基線偏移的一個重要來源是外觸發電壓。其產生的原因可能是板卡設計上的缺陷，外觸發信號的一部分經過分布電容耦合到了信號輸入端。基線偏移的另一個重要來源是激光高壓放電脈沖干擾，它很不穩定，與接線情況，地線好壞，板卡設計，溫度濕度等都有關系。

　　5．結論

　　經過實踐證實，可以說坤馳科技的QT1130高速數據采集卡應用于測污激光雷達具有最高的性能價格比。在一些特殊應用上，還能夠提高測污激光雷達的性能，實現了高分辨率的采集功能。