设计并实现了基于-卡的激光雷达数据采集系统。该系统以-卡作为光子计数器，以?++语言编写控制程序，实时存储回波数据到控制电脑中，实现了激光雷达的硬件控制和对观测数据的实时采集控制，使数据传输的速率大大提高，并可支持时间分辨率更高的系统配置。经验证，该系统工作稳定可靠，已使用在对武汉上空气溶胶的观测中，采集到的气溶胶数据的反演结果正常。关键词：激光雷达；数据采集系统；光子计数；-中图分类号：958．98文献标识码：文章编号：1005-0086(2008)04?0566-03-，。(，430079，)置；蹲．-．。．-．刀-曲．刀把-．姐．：；；!-1引言数据采集系统是激光雷达的重要组成部分，对激光雷达的动态范围、距离分辨率、时间分辨率等参数有着直接的影响。传统的基于仪器的数据采集系统可以满足大部分要求，但普遍存在以下问题：费用昂贵；因为低空强光散射，低空回波计数超出计数范围；接数据传输速率太慢，不方便观测前调试。配合根据实际需求所编制的控制程序，使用-卡作为数据采集系统可以较好地解决上述问题。目前系统已应用于武汉大学研制的激光雷达系统中，可得到5～65范围内的大气温度剖面以及5～30高度范围内大气气溶胶的消光系数、后向散射系数以及散射比等光学特性，从而揭示出武汉地区大气温度的基本结构特性和变化规律以及大气气溶胶的时间演变特性。该雷达还可以配合武汉大学激光雷达3、[3激光雷达进行联合观测。?2激光雷达数据采集系统的硬件架构激光雷达测量大气气溶胶(云)的基本原理是：激光器通过发射光学系统向大气发射一系列脉冲激光，由于大气分子、气溶胶粒子等的散射作用，激光辐射的后向散射部分被接收系统接收并用来分析大气气溶胶粒子等的物理和光学性质[3。图1所示即为本数据采集系统，其中的核心是0公司的-卡。
　　激光发射的同时，信号触发卡开始扫描。光子遇到目标后反射回探测器，背景噪声滤除后的激光雷达回波信号光，由光电倍增管将光信号变为电信号，脉冲电信号通过-卡被识别、记录，并通过接上传至电脑。通过以上步骤，记下了对应光子行程的光子数的谱。围1数据采集系统．1卡是一1018锄的总线插入式卡，可将一般的个人电脑转化成功能强大、适应性很强的多通道计数器。通过卡上的双存储器可快速地进行数据读取，在屏幕上收稿日期：2007-03-23-基金项目：国家自然科学基金重点资助项目(40731655)长江学者和创新团队发展计划资助项目(0643)-：．第4期陈绵云等：基于-卡的激光雷达数据采集系统显示，而不会中断卡的数据采集过程。该卡的基本性能为1)输入计数频率可达150；2)通道间死时间为零，所以在通道的边界处没有遗失数据或重复计数；3)最后死时间(-)为零，保证各次扫描间无遗失数据或重复计数；4)采用了晶振时钟，精确度达到100×10～，并有高速的数字电路，可在较宽的范围内精确地设置时间参数。
　　有足够多的扫描时间选择，选择范围从400到2．7；关于传奇5)每通道最多可有1、073、741和823个计数。卡工作时序如图2所示。其中信号触发单个光脉冲记录过程。
　　)信号标记时间片的边缘。唧是1个时间片的宽度。1个信号启动1次记录过程，每个时间片内接收到的光子数被累加到前次记录中。1个采集结果是多个时间片内记录到的光子数目的累加和。1|1?下?一一!卜∥一!高烹掣础监丛一辩游。]广一∥]厂?一图2Ⅵ-卡时序图．20曙首先利用鉴别器迸行滤波，去除输出中的大量的暗电流计数。
　　-卡中有鉴别器，采用单电平鉴别方式，只要输入脉冲幅度大于鉴别电平，就得到1个输出。因为入射光子脉冲的幅度要大于暗计数的幅度，通过设置鉴别电平高于暗计数电平就能有效地滤除绝大多数的暗计数。光子计数的第2步是使用-卡，与发射激光脉冲同步地对快速变化的回波信号进行采样，并记录采样的结果，当激光器发射下一个脉冲时，在进行本次触发连续采样的同时，将新采样的结果与原有的采样结果严格地按采样点的顺序进行累加和平均，进行多次的采样和累加，最后可得到激光雷达的原始回波数据。-卡记录下输入事件的计数，作为时间的一个函数。当扫描开始后，从第1个通道开始计数，在预设的通道持续时间结束后，进入下一个通道计数。依此类推，直到扫描完所有的通道。这些计数就表明了对应时间内输入事件的计数率。
　　一数据采集时将多次的扫描累加以减小统计误差，这是基于同步积累原理。同步积累法是利用噪声的随机性和信号的稳定性。信号重复的次数越多，接收机的输出信号就越接近原信号，信噪比也就越高。因此本系统将4800次触发采样累加的结果作为一回波信号，但同时耗费了测量时间。
　　此外，被测光源发射的光子具有随机性，引起了光子计数器的计数随机起伏。
　　这种随机起伏，一般被认为服从泊松分布[4。
　　于是光子计数器的输出信噪比与计数时间的平方根成正比。光子计数器的计数时间越长，计数结果的相对起伏越小，测量准确性越高。因此，本系统将光子计数器?567?的时间间隔设为640，而没有采用更小的值，但同时空间分辨率也降低了。采用延长探测时光子数累积时间和光子计数门宽的方法，减小由光子计数导致的统计误差，即以牺牲时间和空间分辨率的方对于传奇法来提高观测对象的反演精度。层、气溶胶等物质在大气中的分布变化较慢，这种方法经多年观测实验证明是可行的~5]。3数据采集程序设计系统的软件部分是在微软公司的环境下以++6．0作为开发工具进行编制的。
　　++与系统紧密联系，适用于编写直接对系统进行底层操作的程序，其生成代码的质量也要优于其它的很多开发工具。软件结构主要有系统测试、系统设置、数据采集、数据传输、数据存储和数据显示6个模块，每个模块实现一相对独立的功能。
　　对-卡的控制使用了公司的嗽编程工具箱里的、和3个控件，它们的功能是获得设备地址、打开连接设备的接、与设备通信和关闭连接设备的接。使用的函数有：懈：：，用于选中设备列表中的设备；Ⅳ：：，用于获得当前选中设备的地址；：：，用于与打开的设备通信；：：，用于设置设备的地址；：：，用于打开由地址确定的设备：：，用于从打开的设备取回数据；巧位州：：，用于测试打开的设备是否正在采集数据。
　　系统测试模块利用设备的驱动，对使用到的各种硬件进行测试。如果有错误，将提示出错的器件名称。通过读注册表、查询程序所需要的函数是否完好及-卡的号是否存在等手段实现。系统设置模块设置卡的工作模式：设置鉴频器的阈值电压、时间片的宽度、时间片的个数、累积激光发射脉冲个数。在我们目前的激光雷达系统中，激光器的重复频率为0-，通过4累加取得1个原始回波数据，则此原始回波数据为4800次触发采样累加的结果。多通道光子计数器的时间间隔为640，对应高度分辨率为96；数据传输需要1．所以时间分辨率为5。以上设置已设为默认值，并写入注册表，一般观测时不需要重新设置。
　　系统采用以上设置以方便数据比较，也可根据需要对采集时间和传输时间进行调整，比如调试时可将以上设置变小。
　　数据采集模块按前述原理对-砸卡进行控制和数据采集。界面上有进度条，显示通道的采集进度。有两种采集模式：“”模式可自动进行连续的数据采集，在进入正常观测后用；“”模式可进行1次数据采集，一般用于调试，此时通常将标准的4采集时间缩短。数据传输时，为了防止数据采集时或出错时无法关闭程?568?序，在程序的总体控制上，使用了定时器，每隔100响应1次老传奇，可以及时处理控制指令。如在程序控制界面按下“停止”按钮，即可停止数据采集。若采用“”语句等简单的控制方法，数据采集时程序将对用户操作无响应，无法对程序控制。
　　，数据存储模块将数据文件存为“．”的格式，数据为码，并记录了观测时的时间片的宽度、时间片的个数、累积激光发射脉冲个数、激光器脉冲能量、激光本网络游戏这一点应该这样器频率和激光器波长等信息，以便数据分析。数据显示有3种显示界面，可分别以对数坐标、线性坐标显示数据，以及显示反演的结果，目的是观测前手动调整方便。还可选择显示截止高度为80或者120，以满足各种的数据格式。在对数坐标或线性坐标界面中，横坐标为高度，纵坐标为光子计数。
　　采用了双缓冲技术使画面切换时不抖动。光电子?嫩；塑生箜!鲞波计数数据反演得到的气溶胶的消光系数。采用方法[3]反演。数据分析结果表明，使用本系统进行气溶胶的探测是可行的。并且，-卡传输速率为总线的速率133，使数据传输时间不再成为激光雷达数据采集的瓶颈，进而可以将系统时间分辨率提高。经试验，可将采集时间改为12，传输时间改为3，从而采样周期为15。由于时间分辨率提高，可以考虑使用本系统观测如流星尾迹等变化很快的物理现象。
　　致谢：感谢周军、余长明老师的指导和帮助。参考文献：4结果与展强悍装备望[2]2006年8月3020：52到31日：进行了观测实验，使。
　　]用时间分辨率为5的默认配置。
　　图3为根据实测光子回图3气溶胶消光系数反演结果图．3腿．'扪，-，五刊，1．(30．5。
　　，114．4。
　　)]．嘟，2002，29(9)：1-4．130?，-．剐吼酬]．|，2005，44(8)：1480-1484．?催?．[3．酬，1972，11：482?489．嘶钔，?粗渊1．9卸'[]．，1993，32(33)：6742?6753．甚争啕，．),[1．却自-(空间科学学报)，2004，24(4)：261．267．作者简介：陈绵云(1982-)，男，海南澄迈人，硕士研究生，现从事激光雷达探测技术的研究．基于-卡的激光雷达数据采集系统作者：陈绵云，张云鹏，-，-作者单位：武汉大学电子信息学院,湖北,武汉,430079刊名：光电子?激光英文刊名：?年，卷(期)：2008,19(4)参考文献(5条)1.;;-[外文期刊]2005(08)2.;-;-(30.5°,114.4°)2002(09)3.-;[期刊论文]-空间科学学报2004(04)4.;;-1993(33)5.;;1972。