环境天气的突然变化会对观测中的中高层大气激光雷达造成严重危害，为了确保中高层大气激光雷达的安全运行，需要实时监测激光雷达台站的天气状况。基于夜空图像分析仪和本地气象站，结合数字图像处理技术，开发一套自动化天气判别系统。该系统能够实时判断当前天气状况是否满足激光雷达的观测条件，并对未来2小时内可能出现的恶劣天气做出及时预警。依据试运行一年的连续观测结果，该系统能够正确地判断当前天气状况，可以满足中高层大气激光雷达自动化运行的需求，具有较高的稳定性和实用性。

uC/OS-II是一款小巧, 但功能强大的优先级抢占式嵌入式实时操作系统, 它主要特点为源代码开放、程序运行时间确定、硬件资源要求低。文中基于uC/OS-II操作系统, 将从三个方面介绍航天控制器设计方案, 第一方面主要介绍uC/OS-II操作系统底层移植策略, 主要分四个步骤, 其中涉及关键移植文件相关代码编写, 以及与移植目标CPU相关代码编写; 第二方面为板级驱动层设计; 第三方面将详细介绍基于uC/OS-II操作系统的控制器详细设计策略, 将应用层主要分为几项任务, 按照任务优先级分别处理; 最后结合系统需求, 设计上位机测试系统, 对并行的几项任务进行测试。实验结果证明, 系统运行无误, 可实现预期功能。

大气痕量气体差分吸收光谱仪通过探测地球大气或地表反射、散射的紫外/可见光,利用差分吸收光谱技术来反演大气 中痕量气体的分布和变化。在地面对大气痕量气体差分吸收光谱仪完成实验室定标以验证其性能和可靠性,为大气痕量 气体差分吸收光谱仪的数据处理提供支持。为快速处理光谱仪定标数据,研制了相关的光谱辐射定标软件。定标软件基 于C++语言,在Windows平台上开发,实现数据定标和多维度展示定标数据。 其中光谱定标采用多项式拟合算法,光谱分辨 率采用Gauss拟合算法。辐射定标包括绝对辐射定标和相对辐射定标,绝对辐射定标求取辐射定标非稳定性和非线性, 相对辐射定标求取相对辐射校正系数和不确定度。结果表明软件运行良好,能够完成大气痕量气体差分吸收光 谱仪地面光谱定标、辐射定标数据的处理。

为满足搭载平面反射镜的高精度二轴机械转台为核心的激光点目标球幕投影系统仿真目标点的时间精度与位置精度要求, 提出在具有高实时性和时间精度的RTX (real-time extension)64实时扩展系统环境下开发和运行的计算机控制软件的设计方案。使用实时CAN总线通信与以太网结合的通信控制方法, 实现各子系统之间的数据通信和协同控制, 提升运动目标模拟的位置精度和时间精度。在20 ms的同步控制时钟周期下, 重复实验中模拟目标点的误差最大值分别为0.005 34°与0.004 04°, 符合激光点目标球幕投影系统的模拟精度要求, 证明该实时控制软件的设计方案可行。

为了提高自适应光学系统科研人员的工作效率, 满足自适应光学系统向高低阶多波前校正器的发展需求, 本文研究了一套自适应光学系统控制软件设计方法, 以适应实验设备的不断更新换代, 避免实验过程中软件不断更新修改所带来的问题。本文首先从功能和性能两方面分析了实验对软件系统的需求, 提出基础层、功能层及表示层3层的软件架构体系, 采用共享内存和临界区对象相结合的软件开发方法, 确保自适应光学系统的实时性与准确性, 避免资源冲突和浪费; 采用Windows API事件实现多线程之间同步协调控制。基于上述思想开发了液晶-变形镜混合的高低阶自适应光学系统控制软件, 可在0.6 ms内完成波前采集、波前计算、控制信号计算和各设备间的同步协调控制。最后, 使用该软件进行自适应光学校正: 仅变形镜和倾斜镜校正后峰峰值由3.38 μm降为0.95 μm, 均方根误差由0.66 μm降为0.12 μm; 液晶校正器、变形镜和倾斜镜同时校正后峰峰值为0.44 μm, 均方根误差为0.02 μm, 计算总延迟为0.378 ms。由实验结果可知, 本文设计的软件可以实现自适应光学系统的实时校正, 在保证校正精度的同时具有方便修改、功能齐全及模块化的优势, 为后续自适应光学实验提供保障。

地表反照率在大气辐射传输及遥感成像研究中应用广泛,对地球大气系统的能量收支平衡有重要影响,反映了地表对太阳辐射的反射能力。 地表反照率经纬度查询软件以MODIS遥感数据为数据源,使用C++语言对该软件进行设计开发,包括数据源(MCD43B3)的预处理、MySQL数据库的设计、 像元经纬度坐标的获取、数据的存储,以及根据经纬度参数查询地表反照率的流程。建立了中国大陆地区地表反照率数据库,依据经纬 度参数可以方便快捷地查询某一具体地理位置的反照率数据。

为提高导航设备的适装性,设计了一个基于DSP-ARM的低成本MEMS_IMU/GNSS组合导航系统,系统采用ARM芯片对惯性测量单元和卫星接收机模块进行原始数据采集和器件配置,并实现原始数据解码和打包发送给DSP,DSP芯片接收ARM发送的打包数据,进行组合导航解算,并将原始数据与导航数据输出。介绍了组合导航系统的组成结构,给出了硬件系统和软件系统的设计,采用初始对准、惯导解算和组合导航算法,并对算法进行了仿真分析和跑车试验,试验结果表明,设计的组合导航系统的位置误差为10 m以内,速度误差为0.1 m/s以内,航向误差为2°以内。

为了在大规模生产光器件时进行光路熔接和测试相关数据的采集与记录, 利用熔接机的通讯功能及LabWindows/CVI软件开发平台, 开发了一种数据采集系统。该系统实现了熔接机数据采集、上位机工艺流程控制、生产相关数据电子报表生成、光器件相关数据数据库存储访问等功能。结果表明, 该系统可以稳定工作。这对解决人工记录数据带来的效率低下、差错率高等问题是有帮助的。

提出通过C# 和Matlab混合编程实现雷达回波数据采集和反演软件设计的方法。 利用C#友好的界面实现用户接口, 将Matlab编写的函数文件编译成共享库在C# 中进行调用。以现有的大气激光雷达所采集数据为例,进行了回波数据采集、 预处理及消光系数反演。运行结果表明,将C# 界面开发的优势与Matlab强大的算法处理和仿真功能相结合, 可增大运算速度并提高编程效率,软件可有效地应用于激光雷达系统的数据采集和监测,快速批量地实现回波 数据预处理以及反演参数的实时动态显示。系统通过调整算法参数也可用于其它激光雷达信号的处理。

介绍了基于LabVIEW编程语言开发的米散射大气激光雷达数据采集与可视化软件。 设计中利用LabVIEW调用光子计数卡(MSA300)的动态链接库,实现了激光雷达软件对大气回 波数据的实时采集与显示,根据Fernald方法即时处理回波信号并显示消光系数与回波强度时间高度显示图(THI)。 软件采集的数据直接转换并保存为ASCII码文本格式,便于数据的后期处理与分析。初步实验效果表明,软件能够对 大气回波信号、消光系数与THI图进行实时可视化显示,便于直观了解大气激光雷达连续探测的大气气溶胶和云时 空变化信息。实验表明,软件具有良好的实时性与准确性。