主被动结合云探测激光雷达系统初步设计与数据分析

【摘要】在日常气象业务化测量中，云高、云量和云状是云观测最基本的要素。传统的观测手段主要是目测，需要气象员每天定时定点记录。随着激光雷达技术、信号处理技术、全天空成像及图像处理等技术的发展，气象要素业务化测量仪器也迅速发展起来，其中云高和云量自动化观测设备已经应用于气象测量中。但对云高、云量的观测是分别通过激光云高仪和全天空成像仪等设备独立完成的。为了使得到的气象数据更具统一性、普适性，一般需要将激光云高仪和全天空成像仪布置在同一气象观测站，既实现了云高测量又实现了云量测量。在实际气象业务化测量时，更倾向于使用同一设备来实现云量、云状以及云高的观测，这样测得的数据能够在时间地点上高度统一，便于数据融合分析。目前并没有同时测量云高和云量的气象系统。本论文围绕云的自动定量观测需求，针对目前单一设备探测能力不足，数据难以有效融合反演的问题展开研究。初步设计了具有全天空成像功能的云探测激光雷达系统，以主被动结合的方式实现云高和云量的同时测量。首先通过ZEMAX软件模拟了主动探测模块激光云高仪的光路及光学效率，并对信噪比做了分析。其次被动成像模块利用加装鱼眼镜头的数字相机来获取全天空图像，并研究了蓝红比值的阈值分割算法，实现了全天空云量提取。再次结合激光云高仪的剖面数据和全天空成像仪的云二维分布数据做了初步融合分析，进行精确的云高判别、云量反演与云种分类研究。从测量云高的角度来说，云高仪的自动云底高度计算方法受到大气环境影响，在雾霾天气时容易出现误判，将雾霾误判为云底。而被动全天空成像仪拍摄的天空图像能够识别雾霾，可作为激光云高仪云底识别的判据，提高云底识别准确率，论文给出特例，验证了方法可行；从云量估算、云类判别的角度来看，对全天空图像的分析可以得出天空总云量，结合主动模块云高仪的云高数据，可以通过数据融合来估计天空中云的空间分布，实现云的更准确分类，从而揭示了数据融合的意义。
【作者】沈红超；
【导师】吴松华；
【作者基本信息】中国海洋大学，海洋信息探测与处理，2014，硕士
【关键词】激光云高仪；全天空成像仪；ZEMAX；云高；云量；

【参考文献】
[1]董超.基于CompactRIO的纯电动汽车硬件在环系统开发[D].吉林大学,动力机械及工程,2014,硕士.
[2]朱新宇.最小化区域智能电网负荷方差的双层优化充电策略模型[D].华中师范大学,运筹学与控制论,2013,硕士.
[3]周俊佑.不同类型政府补助对企业财务业绩的影响研究[D].杭州电子科技大学,会计学,2013,硕士.
[4]葛水生.我国铁路列车有线电视的发展[J].中国铁路.1997(11)
[5]李怡宁,吴浩,辛焕海,郭瑞鹏,韩祯祥.基于广义多项式混沌法的电力系统随机潮流[J].电力系统自动化,2015,07:14-20.
[6]李发新.改革开放以来中国共产党反腐廉政领导体制和工作机制的历史考察[D].三峡大学,中共党史,2013,硕士.
[7]张曙光.含氮双杂芳基乙炔和萘乙炔基苯并噁唑衍生物的合成及其PDDA反应研究[D].北京化工大学,化学,2013,硕士.
[8]夏爱玲.田园公司蜂业项目商业计划书[D].兰州大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[9]张晋.求解大型稀疏线性方程组若干迭代算法的研究与应用[D].北方民族大学,应用数学,2014,硕士.
[10]但卫华,曾睿.皮革性能与制革工艺方法之间的关系初探[J].中国皮革.1994(04)
[11]牛新会.榆林尚郡苑房地产项目投资风险研究[D].西北大学,高级工商管理（EMBA）（专业学位）,2012,硕士.
[12]徐晨.高中英语教材文化内容对比研究[D].西北师范大学,课程与教学论,2013,硕士.
[13]刘秋菊,胡宝,倪传坤,马全霞.数字化光纤差动保护的测试[J].电力系统自动化,2010,07:75-78+99.
[14]郑亚莉.澳门机动车排放综合控制决策系统研究[D].清华大学,环境科学与工程,2013,硕士.
[15]朱佳娜.降酸酵母筛选及其在黑莓果酒发酵中应用[D].南京农业大学,食品科学,2012,硕士.
[16]倪细炉.三种植物通气组织的形成与细胞程序性死亡的关系[D].西北大学,植物学,2014,博士.
[17]兰少一.上市公司董事薪酬的规制研究[D].天津商业大学,民商法,2013,硕士.
[18]李德利.基于FFP-TF解调技术的FBG测温系统研究[D].太原科技大学,光学,2014,硕士.
[19]尚蕊.北京市初中升学体育考试过程性考核对体育教学影响的研究[D].北京体育大学,体育教育训练学,2013,硕士.
[20]杨林生.高职院校科技产业化的路径分析与推进措施——兼论高职教师科技服务能力的提升[J].职业技术教育,2013,26:54-58.
[21]张爱玲.现代小说在另一种书写中[D].华东师范大学,中国现当代文学,2004,硕士.
[22]胡珊.论我国儿童基本权利法律保障的不足与完善[D].湖北大学,宪法学与行政法学,2012,硕士.
[23]王鸿.结核病亚单位疫苗LT84的克隆表达与纯化[D].兰州大学,病原生物学,2014,硕士.
[24]张雷.电子数据及其适用规则研究[D].南京大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[25]王哲.通信组织决策支持系统的设计[D].兰州理工大学,2005.
[26]徐莹莹.纳米环的电子结构及光物理性质的密度泛函理论研究[D].东北师范大学,2013.
[27]赵文文.复杂网络上交通动力学行为研究[D].南京邮电大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[28]齐迎妹.智能手机触控交互过程中的满意度研究[D].中国矿业大学,设计艺术学,2014,硕士.
[29]刘伟.我国制造业结构相似性及其实证研究[D].浙江财经学院,产业经济学,2013,硕士.
[30]衡庭萍.复鞣剂应用的几点体会[J].西部皮革.1996(02)
[31]袁震.供电企业安全工器具管理系统研究与实现[D].西安科技大学,计算机技术,2013,硕士.
[32]王雅茹.沪苏浙地区社会经济发展对杭嘉湖地区交通影响的研究[D].浙江大学,桥梁与隧道工程,2003,硕士.
[33]郭德锋.基于Hadoop的云平台模型的性能研究与优化[D].西北大学,计算机软件与理论,2013,硕士.
[34]温晓君.计算技术演进逼近临界点[J].高科技与产业化,2015,02:76-79.
[35]李宇恒.胶片与仿真模体在调强放射治疗验证测量中的应用[D].清华大学,生物医学工程（专业学位）,2013,硕士.
[36]徐聪.酿酒酵母泛素化酶与去泛素化酶基因敲除及泛素结合结构域表达纯化[D].华中科技大学,生物信息技术,2013,硕士.
[37]严彬.miR-29b在前列腺癌中的表达及其作用和机制的初步探讨[D].中南大学,临床医学,2014,博士.
[38]邹辉.应用语言学英语学术论文摘要的元话语研究[D].上海外国语大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[39]阮一帆.德国联邦政治教育中心机构设置与政治教育实施方式的实证研究[D].中国地质大学,马克思主义理论与思想政治教育,2003,硕士.
[40]蒋云霞.论跨国公司商标的法律保护[D].华东政法学院,法律,2004,硕士.
[41]花莉,张成,马宏瑞,余旺.秸秆生物质炭土地利用的环境效益研究[J].生态环境学报,2010,10:2489-2492.
[42]苑恒.三电极血液酒精测试仪设计[D].杭州电子科技大学,微电子与固体电子学,2014,硕士.
[43]黄国华.山西省大中型工业企业知识产权竞争力评价研究[D].中北大学,技术经济及管理,2013,硕士.
[44]许莉.羧甲基壳聚糖衍生物MRI大分子造影剂的生物相容性研究[D].华东师范大学,无线电物理,2013,硕士.
[45]孙经瑞.基于ADAMS和MATLAB电动助力转向系统控制策略研究[D].中北大学,车辆工程,2013,硕士.
[46]郭志强.汝阳县信用社金融业务创新研究[D].河南科技大学,工商管理（专业学位）,2012,硕士.
[47]刘书玲.基于位置随机性和需求定量化的最大覆盖问题研究[D].西安建筑科技大学,计算数学,2013,硕士.
[48]刘浩文.从目的论角度评析Steve Jobs的两个中译本[D].武汉理工大学,外国语言学及应用语言学,2012,硕士.
[49]李晟华.促进我国中小企业发展的财税政策创新研究[D].浙江大学,2005.
[50]王海燕.基于系统动力学的制造企业生产效率改善研究[D].成都理工大学,工业工程,2013,硕士.