基于線陣CCD的降水粒子探測(cè)系統(tǒng)研究.pdf

1、近年來(lái)，氣象災(zāi)害頻繁，降水粒子探測(cè)方面的研究顯得至關(guān)重要。然而我國(guó)在降水粒子探測(cè)方面手段落后、設(shè)備匱乏、依懶國(guó)外產(chǎn)品，針對(duì)這一現(xiàn)狀，在深入了解了“散射法”識(shí)別較大降水粒子時(shí)誤差較大、無(wú)法獲得降水粒子速度的缺點(diǎn)，以及“光強(qiáng)衰減法”對(duì)小降水粒子識(shí)別率較低、受外界環(huán)境影響較大的不足后，確定了以“圖像法”為理論基礎(chǔ)，以線陣CCD為傳感器，以ARM和FPGA為處理器的降水粒子自動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)通過(guò)獲取某個(gè)具體降水粒子的邊沿信息，能夠精確

2、地獲得單個(gè)降水粒子的尺寸信息，且算法簡(jiǎn)單有效。具體工作如下:
　　(1)在硬件設(shè)計(jì)方面，CCD驅(qū)動(dòng)電路以EP4CE6為核心，為CCD提供多路、精準(zhǔn)、并行、邊沿陡峭的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。設(shè)計(jì)了濾波、放大、電壓匹配、減法電路來(lái)滿(mǎn)足ADC電路的輸入要求;設(shè)計(jì)了以STM32F407VET6為核心的ADC電路和控制電路，對(duì)CCD輸出信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)處理。
　　(2)在軟件設(shè)計(jì)方面，完成了CCD的驅(qū)動(dòng)時(shí)序、雙重ADC、DMA和USART

3、的寄存器配置，并對(duì)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行Mallat算法處理。設(shè)計(jì)了判斷、識(shí)別與提取降水粒子有效信息的算法，以及上位機(jī)軟件。
　　(3)在系統(tǒng)調(diào)試方面，為了檢測(cè)探測(cè)系統(tǒng)的功能，對(duì)各個(gè)部分及整體均進(jìn)行了檢驗(yàn)與調(diào)試，調(diào)試結(jié)果表明探測(cè)系統(tǒng)符合預(yù)期設(shè)計(jì)，其水平分辨率為95.57μm，采樣區(qū)間大小為28.672mm×150mm。為了測(cè)試探測(cè)系統(tǒng)的靈敏度和精度進(jìn)行了水滴、小鋼球、碎紙屑、玻璃球模擬降水粒子的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明光線發(fā)散角對(duì)測(cè)量影響較