統(tǒng)的氣溶膠在線監(jiān)測激光雷達，其工作方式有兩種，一種固定式監(jiān)測，其工作流程為:嵌入式板卡9讀取采集配置信息并發(fā)送采集指令，溫度控制模塊11判斷雷達溫度是否在工作溫度范圍內，如果超出工作溫度范圍，溫度控制單元11開始工作，直到雷達工作溫度在正常范圍內，開啟激光源I與單光子探測器7，激光源I發(fā)射光束經光學發(fā)射天線2發(fā)射到大氣中，激光束被大氣氣溶膠粒子散射與吸收，后向散射信號被光學天線14接收，經過空間濾波器19濾波，窄帶濾光片4濾除噪聲光，經過偏振模塊5分光后，被單光子探測器6接收，光學信號轉換成電信號，多道光子計數(shù)器7采集，GPS模塊21獲取地理位置信息，電子羅盤10獲取方位信息，環(huán)境參數(shù)監(jiān)控單元23獲取雷達環(huán)境參數(shù)，多道光子計數(shù)器7完成一次采集后，光子數(shù)數(shù)據(jù)、地理數(shù)據(jù)與方位角數(shù)據(jù)以及環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)經嵌入式板卡9讀取，并存儲在數(shù)據(jù)存儲單元20中，數(shù)據(jù)傳輸模塊12將采集的數(shù)據(jù)通過有線或無線的方式傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，多道光子計數(shù)器6繼續(xù)采集，數(shù)據(jù)連續(xù)存儲與傳輸，直到收到嵌入式板卡9的停止指令，多道光子計數(shù)器7停止工作，關閉單光子探測器6，關閉激光源I，儀器停止工作。
[0026]基于嵌入式系統(tǒng)的氣溶膠在線監(jiān)測激光雷達，其第二種工作方式為掃描模式:嵌入式板卡9讀取采集配置信息并發(fā)送采集指令，溫度控制單元11判斷雷達溫度是否在工作溫度范圍內，如果超出工作溫度范圍，溫度控制模11塊開始工作，直到雷達工作溫度在正常范圍內，掃描單元15旋轉到設定的起始角度，開啟激光源I與單光子探測器6，激光源I發(fā)射光束經光學發(fā)射天線2發(fā)射到大氣中，激光束被大氣氣溶膠粒子散射與吸收，后向散射信號被光學天線14接收，經過空間濾波器19濾波，窄帶濾光片4濾除噪聲光，經偏振模塊5，變成兩路光信號，分別被單光子探測器6接收，光學信號轉換成電信號，被多道光子計數(shù)器7采集，GPS模塊8獲取地址信息，電子羅盤10獲取方位交信息，環(huán)境參數(shù)監(jiān)控單元23獲取雷達環(huán)境參數(shù)，光子計數(shù)器7完成一次采集后，光子數(shù)數(shù)據(jù)、地理數(shù)據(jù)與方位角數(shù)據(jù)以及環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)經嵌入式板卡9讀取，并存儲在數(shù)據(jù)存儲單元20中，數(shù)據(jù)傳輸模塊12將采集的數(shù)據(jù)通過有線或無線的方式傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，完成一個方位的采集，掃描單元15旋轉到第二個角度，多道光子計數(shù)器7繼續(xù)采集，重復以上步驟，直到所有角度的采集完成，掃描裝置重新回到起始角度，進行下一次掃描，直到嵌入式計算機10的發(fā)送停止指令，多道光子計數(shù)器7停止工作，關閉探測器6，關閉激光源1，儀器停止工作。
[0027]圖2為本發(fā)明基于嵌入式系統(tǒng)的氣溶膠在線監(jiān)測激光雷達的工作流程圖，本系統(tǒng)中的數(shù)控采集分系統(tǒng)可以實現(xiàn)對其他各分系統(tǒng)的控制、數(shù)據(jù)的采集、設備姿態(tài)的采集、數(shù)據(jù)在線實時傳輸，從而實現(xiàn)在線監(jiān)測，開機后設備啟動自檢程序，首先判斷是否在正常的工作溫度范圍內，如果是，則設備進行下一個步驟，如果溫度不在設定的范圍內，則溫度控制單元開啟工作，直到設備溫度在工作范圍內，然后判斷各個單元是否正常工作，如果否，系統(tǒng)報警并停止工作，如果正常則讀取雷達配置參數(shù)，開始采集，數(shù)據(jù)實時存儲、并實時傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，同時判斷采集是否結束，如果沒有結束則系統(tǒng)需要返回自檢步驟，重復采集，如果采集結束，關閉各個單元，結束采集。
[0028]圖3為基于嵌入式系統(tǒng)的氣溶膠在線監(jiān)測激光雷達垂直監(jiān)測消光系數(shù)結果，從圖上可以看出，2014年I月17日00:00到04:00消光系數(shù)非常大，一度達到4.3/km,邊界層高度從343米到515米，04:00以后近地面氣溶膠粒子濃度逐漸變小，而高空氣溶膠粒子濃度還有一部分殘留，且邊界層高度上升到1000米，從10:00開始，近地面到高空氣溶膠粒子濃度都有所減少，為0.3/km，從圖中可以看出，10:00以后邊界層抬升的過程中，變成兩層，第一層為1000米左右，第二層為1600米左右。
[0029]圖4為基于嵌入式系統(tǒng)的氣溶膠在線監(jiān)測激光雷達水平掃描結果，2014年I月8日，在GIS地圖上實時顯示可視化監(jiān)測數(shù)據(jù)，圓圈處為一煙囪，煙囪的排放煙塵擴散成3千米左右，形成一斜條帶區(qū)域(圖中右下)。
[0030]惟以上所述者，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，凡熟悉此專業(yè)的人士，在了解本發(fā)明的技術手段之后，自然能夠以及實際的需要，在本發(fā)明的教導下加以變化。因此凡依本發(fā)明申請專利范圍內作同等變化，都應仍屬本發(fā)明專利涵蓋的范圍內。
【主權項】
1.基于嵌入式系統(tǒng)的氣溶膠在線監(jiān)測激光雷達，其特征在于，包含嵌入式板卡、數(shù)據(jù)傳輸單元、GPS模塊、電子羅盤、多道光子計數(shù)器、光電探測單元、溫度控制單元、電源、外殼、掃描單元； 所述的嵌入式板卡、GPS模塊、電子羅盤、多道光子計數(shù)器、光電探測分系統(tǒng)、溫度控制單元、電源、數(shù)據(jù)傳輸單元全部安裝于外殼內；所述的掃描單元與外殼連接。2.根據(jù)權利要求1所述的基于嵌入式系統(tǒng)的氣溶膠在線監(jiān)測激光雷達，其特征在于，所述的嵌入式板卡預裝操作系統(tǒng)，安裝雷達控制采集后臺軟件，開機自動運行，嵌入式板卡處理器頻率為1.8GHz，緩存為4GB，嵌入式板卡有USB2.0、RS232、TCP/IP接口。3.根據(jù)權利要求2所述的基于嵌入式系統(tǒng)的氣溶膠在線監(jiān)測激光雷達，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)傳輸單元具有無線與有線兩種功能，數(shù)據(jù)傳輸單元通過PCIE與嵌入式板卡連接，數(shù)據(jù)傳輸單元配有天線，天線與數(shù)據(jù)傳輸單元通過同軸線纜連接，天線安裝于雷達外殼外部。4.根據(jù)權利要求3所述的基于嵌入式系統(tǒng)的氣溶膠在線監(jiān)測激光雷達，其特征在于，所述的GPS模塊、其特征在于，GPS模塊通過RS232與嵌入式板卡連接，并過同軸電纜與GPS天線連接。5.根據(jù)權利要求4所述的電子羅盤，其特征在于，電子羅盤與發(fā)射光學天線光軸成45角，通過RS232與嵌入式板卡連接。6.根據(jù)權利要求5所述的基于嵌入式系統(tǒng)的氣溶膠在線監(jiān)測激光雷達，其特征在于，所述的多道光子計數(shù)器通過USB2.0與嵌入式板卡連接，通過同軸電纜與單光子計數(shù)器連接。7.根據(jù)權利要求6所述的基于嵌入式系統(tǒng)的氣溶膠在線監(jiān)測激光雷達，其特征在于，所述的光電探測分系統(tǒng)由激光源、發(fā)射光學天線、接收光學天線、折轉鏡、中心反射鏡、空間濾波器、窄帶濾光片、準直鏡、偏振模塊、單光子探測器構成，發(fā)射光學天線、與接收光學天線連接在一起，發(fā)射光通過折轉鏡使發(fā)射光軸與接收光軸同軸，兩軸的安裝誤差〈0.02mrad，光電探測分系統(tǒng)所有部件通過機械裝置剛性連接在一起，成為一個整體。8.根據(jù)權利要求7所述的基于嵌入式系統(tǒng)的氣溶膠在線監(jiān)測激光雷達，其特征在于，所述的外殼可以用于戶外工作，IP65防護等級。9.根據(jù)權利要求8所述的基于嵌入式系統(tǒng)的氣溶膠在線監(jiān)測激光雷達，其特征在于，所述的掃描單兀可以水平與垂直掃描，水平掃描范圍0-360,垂直掃描范圍0-90,角度分辨率 0.1。10.根據(jù)權利要求9所述的基于嵌入式系統(tǒng)的氣溶膠在線監(jiān)測激光雷達，其特征在于，所述的電源通過線纜與單光探測器、激光源、嵌入式板卡、溫度控制單元、數(shù)據(jù)傳輸單元供電，所述的溫度控制單元，具有制冷與加熱功能，功率為192W。11.根據(jù)權利要求1至10種任一所述的基于嵌入式系統(tǒng)的氣溶膠在線監(jiān)測激光雷達，其特征在于，所述的外殼上安裝有溫度濕度氣壓傳感器，記錄環(huán)境參數(shù)。
【專利摘要】基于嵌入式系統(tǒng)的激光雷達系統(tǒng)，同時集成嵌入式板卡、光電探測單元、GPS、電子羅盤等、所有單元被集成于IP65防護等級的雷達外殼中，嵌入式板卡讀取采集配置信息并發(fā)送采集指令，溫度控制模塊判斷雷達溫度是否在工作溫度范圍內，如果超出工作溫度范圍，溫度控制模塊開始工作，直到雷達在特定溫度范圍內，開啟光電探測單元，對大氣氣溶膠進行探測，大氣氣溶膠回波光子數(shù)被多道光子計數(shù)器采集，GPS模塊獲取地理位置信息，電子羅盤獲取方位交信息，環(huán)境參數(shù)監(jiān)控單元獲取雷達環(huán)境參數(shù)，光子數(shù)數(shù)據(jù)、地理數(shù)據(jù)與方位角數(shù)據(jù)以及環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)經嵌入式板卡機讀取，并存儲在數(shù)據(jù)存儲單元中，數(shù)據(jù)傳輸模塊將采集的數(shù)據(jù)通過有線或無線的方式傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，本發(fā)明中的在線監(jiān)測激光雷達作為空氣在線監(jiān)測儀器，開機自動工作，數(shù)據(jù)自動傳輸，戶外全天候運行。
【IPC分類】G01S7/481
【公開號】CN105005037
【申請?zhí)枴緾N201410148740
【發(fā)明人】趙巖
【申請人】北京艾沃思科技有限公司
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2014年4月15日