留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

相干测风激光雷达中多核DSP并行风速反演算法的实现

贾晓东 孙东松 谢绍亮 吴小锋

贾晓东, 孙东松, 谢绍亮, 吴小锋. 相干测风激光雷达中多核DSP并行风速反演算法的实现[J]. 红外与激光工程, 2016, 45(9): 906007-0906007(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0906007
引用本文: 贾晓东, 孙东松, 谢绍亮, 吴小锋. 相干测风激光雷达中多核DSP并行风速反演算法的实现[J]. 红外与激光工程, 2016, 45(9): 906007-0906007(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0906007
Jia Xiaodong, Sun Dongsong, Xie Shaoliang, Wu Xiaofeng. Implement of parallel retrieval algorithm for wind velocity based on multicore DSP in coherent wind lidar[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(9): 906007-0906007(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0906007
Citation: Jia Xiaodong, Sun Dongsong, Xie Shaoliang, Wu Xiaofeng. Implement of parallel retrieval algorithm for wind velocity based on multicore DSP in coherent wind lidar[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(9): 906007-0906007(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0906007

相干测风激光雷达中多核DSP并行风速反演算法的实现

doi: 10.3788/IRLA201645.0906007
基金项目: 

国家自然科学基金(41174130,41227804)

详细信息
    作者简介:

    贾晓东(1983-),男,博士后,主要从事相干探测方面的研究。Email:phydong@163.com

  • 中图分类号: TN958.98

Implement of parallel retrieval algorithm for wind velocity based on multicore DSP in coherent wind lidar

  • 摘要: 针对高重复频率相干测风激光雷达中风速反演时数据量大、计算量大、实时性要求高等问题提出了基于多核数字信号处理器(DSP)的并行风速反演算法。该算法的核心思想是,利用高速数据处理板卡DSPC-8681上的4颗8核DSP处理器采用单指令多数据流的方式进行并行计算和同步,使用最大似然离散谱峰值计算出视向风速。在激光脉冲重复频率为10 kHz的条件下实现了相干测风激光雷达中实时的风速反演。通过实验验证,激光雷达的视向探测距离达到3 600 m,距离分辨率为60 m,风速测量范围为30 m/s,时间分辨率为1 s,转动圆盘校准的速度测量精度优于0.48 m/s。
  • [1] Targ R, Kavaya M J, Huffaker R M, et al. Coherent lidar airborne windshear sensor:performance evaluation[J]. Applied Optics, 1991, 30(15):2013-2026.
    [2] Diao Weifeng, Zhang Xin, Liu Jiqiao, et al. All fiber pulsed coherent lidar development for wind profiles measurements in boundary layers[J]. Chinese Optics Letters, 2014, 12(7):072801.
    [3] Targ R, Steakley B C, Hawley J G, et al. Coherent lidar airborne wind sensor Ⅱ:flight-test results at 2 and 10m[J]. Applied Optics, 1996, 35(36):7117-7127.
    [4] Agnes Dolfi-Bouteyre, Guillaume Canat, Matthieu Valla, et al. Pulsed 1.5-m LiDAR for axial aircraft wake vortex detection based on high-brightness large-core fiber amplifier[J]. IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics, 2009, 15(2):441-450.
    [5] Huffaker R M, Jelalian A V, Thomson J A L. Laser-Doppler system for detection of aircraft trailing vortices[J]. Proceedings of the IEEE, 1970, 58(3):322-325.
    [6] Wu Songhua, Yin Jiaping, Liu Bingyi, et al. Characterization of turbulent wake of wind turbine by coherent Doppler lidar[C]//SPIE, 2014, 9262:2069566.
    [7] Kameyama S, Ando T, Asaka K, et al. Compact all-fiber pulsed coherent Doppler lidar system for wind sensing[J]. Applied Optics, 2007, 46(11):1953-1962.
    [8] Cariou J P, Boquet M, Lolli S, et al. Validation of the new long range 1.5 um wind lidar WLS70 for atmoshperic dynamics studies[C]//SPIE, 2009, 7479:830292.
    [9] Henderson S W, Suni P J M, Hale C P, et al. Coherent laser radar at 2m using solid-state laser[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 1993, 31(1):4-15.
    [10] Pan Jingyan, Wu Shuangyang, Liu Guo, et al. Wind measurement techniques of coherent wind lidar[J]. Infrared and Laser Engineering, 2013, 42(7):1720-1724. (in Chinese)
    [11] Jia Xiaodong, Sun Dongsong, Shu Zhifeng, et al. Optimal design of the telescope in coherent lidar and detection performance analysis[J]. Acta Optica Sinica, 2015, 35(3):0301001. (in Chinese)
    [12] Rye B J, Michael Hardesty R. Discrete spectral peak estimation in incoherent backscatter heterodyne lidar. I:spectral accumulation and the Cramer-Rao lower bound[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 1993, 31(1):16-27.
    [13] Rye B J, Michael Hardesty R. Discrete spectral peak estimation in incoherent backscatter heterodyne lidar. Ⅱ:correlogram accumulation[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 1993, 31(1):28-35.
    [14] Ando T, Kameyama S, Hirano Y. All-fiber coherent Doppler LiDAR technologies at Mitsubishi Electric Corporation[C]//14th International Symposium for the Advancement of Boundary Layer Remote Sensing, 2008, 1(1):012011.
    [15] Koch G J, Beyon J Y, Barnes B W, et al. High-energy 2 um Doppler lidar for wind measurements[J]. Optical Engineering, 2007, 46(11):116201.
    [16] Richardson D J, Nilsson J, Clarkson W A. High power fiber lasers:current status and future perspectives[J]. Journal of the Optical Society of America B, 2010, 27(11):63-92.
    [17] Jia Xiaodong, Sun Dongsong. Maximum likelihood discrete spectral peak estimation in coherent wind lidar and Monte Carlo simulation[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2015, 27(6):061013. (in Chinese)
    [18] Oppenheim A V, Schafer R W, Buck J R. Discrete-time Signal Processing 2nd Edition[M]. New Jersey:Prentice Hall, 1998:731-738.
  • [1] 胡中昱, 卜令兵.  Aeolus星载测风激光雷达进展综述 . 红外与激光工程, 2023, 52(5): 20220691-1-20220691-14. doi: 10.3788/IRLA20220691
    [2] 李光福, 南钢洋, 潘冬阳, 白雪, 刘帅, 孙志慧.  激光雷达测风系统信号采集处理研究 . 红外与激光工程, 2021, 50(S2): 20210467-1-20210467-7. doi: 10.3788/IRLA20210467
    [3] 邱学晶, 赵旺, 杨超, 程涛, 王帅, 许冰.  基于离焦光栅的单帧深度学习相位反演算法 . 红外与激光工程, 2020, 49(10): 20200273-1-20200273-8. doi: 10.3788/IRLA20200273
    [4] 周安然, 韩於利, 孙东松, 韩飞, 唐磊, 蒋杉.  高光学效率相干多普勒激光雷达的测风性能分析与测试 . 红外与激光工程, 2019, 48(11): 1105006-1105006(7). doi: 10.3788/IRLA201948.1105006
    [5] 王平春, 陈廷娣, 周安然, 韩飞, 王元祖, 孙东松, 王国成.  基于高斯拟合的相干激光雷达风速估计算法 . 红外与激光工程, 2018, 47(12): 1230006-1230006(6). doi: 10.3788/IRLA201847.1230006
    [6] 刘燕平, 王冲, 吴云斌, 上官明佳, 夏海云.  联合时频分析在相干测风激光雷达中的应用 . 红外与激光工程, 2018, 47(12): 1230001-1230001(8). doi: 10.3788/IRLA201847.1230001
    [7] 周永升, 马勋鹏, 赵一鸣, 李凉海.  相干测风激光雷达微弱信号的频率估计 . 红外与激光工程, 2018, 47(3): 306002-0306002(8). doi: 10.3788/IRLA201847.0306002
    [8] 王贵宁, 刘秉义, 冯长中, 吴松华, 刘金涛, 王希涛, 李荣忠.  相干测风激光雷达VAD风场反演的数据质量控制方法 . 红外与激光工程, 2018, 47(2): 230002-0230002(8). doi: 10.3788/IRLA201847.0230002
    [9] 蒋立辉, 闫妍, 熊兴隆, 陈柏纬, 陈星, 章典.  基于斜坡检测的多普勒激光雷达低空风切变预警算法 . 红外与激光工程, 2016, 45(1): 106001-0106001(7). doi: 10.3788/IRLA201645.0106001
    [10] 胡冬冬, 舒志峰, 孙东松, 张飞飞, 窦贤康.  瑞利测风激光雷达夜间准零风层观测结果分析 . 红外与激光工程, 2015, 44(2): 482-485.
    [11] 闫公敬, 张宪忠.  基于最大似然估计算法的子孔径拼接检测技术 . 红外与激光工程, 2015, 44(7): 2206-2210.
    [12] 高园园, 舒志峰, 孙东松, 夏海云, 张飞飞, 韩於利, 上官明佳.  积分球在瑞利测风激光雷达中的应用 . 红外与激光工程, 2014, 43(11): 3547-3554.
    [13] 唐磊, 吴海滨, 孙东松, 舒志峰.  瑞利散射多普勒测风激光雷达系统误差分析 . 红外与激光工程, 2014, 43(11): 3570-3576.
    [14] 何清芳, 王青梅, 毕波, 曾祥能, 史倩义.  基于改进VPP方法的激光雷达小尺度风场反演 . 红外与激光工程, 2014, 43(5): 1484-1489.
    [15] 赵培娥, 罗雄, 曹文勇, 赵彬, 冯立天, 李晓锋, 谭锦, 周鼎富.  应用Zoom FFT方法提高相干测风激光雷达频谱分辨率 . 红外与激光工程, 2014, 43(1): 98-102.
    [16] 何莹, 张玉钧, 王立明, 尤坤, 高彦伟.  高温氨逃逸激光原位监测的浓度反演算法 . 红外与激光工程, 2014, 43(3): 897-901.
    [17] 步志超, 郭磐, 陈思颖, 张寅超, 陈和, 陈胜哲, 葛宪莹.  相干测风激光雷达望远镜孔径及截断因子的优化分析 . 红外与激光工程, 2014, 43(3): 694-699.
    [18] 邓潺, 刘文, 黄彪, 詹振环, 张欣.  基于多核DSP 的微光与红外图像彩色融合系统 . 红外与激光工程, 2014, 43(9): 3141-3145.
    [19] 田立, 周付根, 孟偲.  基于嵌入式多核DSP 系统的并行粒子滤波目标跟踪 . 红外与激光工程, 2014, 43(7): 2354-2361.
    [20] 潘静岩, 邬双阳, 刘果, 董光焰, 张鹏飞, 陈静.  相干激光测风雷达风场测量技术 . 红外与激光工程, 2013, 42(7): 1720-1724.
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  507
  • HTML全文浏览量:  96
  • PDF下载量:  142
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2016-01-05
  • 修回日期:  2016-02-09
  • 刊出日期:  2016-09-25

相干测风激光雷达中多核DSP并行风速反演算法的实现

doi: 10.3788/IRLA201645.0906007
    作者简介:

    贾晓东(1983-),男,博士后,主要从事相干探测方面的研究。Email:phydong@163.com

基金项目:

国家自然科学基金(41174130,41227804)

  • 中图分类号: TN958.98

摘要: 针对高重复频率相干测风激光雷达中风速反演时数据量大、计算量大、实时性要求高等问题提出了基于多核数字信号处理器(DSP)的并行风速反演算法。该算法的核心思想是,利用高速数据处理板卡DSPC-8681上的4颗8核DSP处理器采用单指令多数据流的方式进行并行计算和同步,使用最大似然离散谱峰值计算出视向风速。在激光脉冲重复频率为10 kHz的条件下实现了相干测风激光雷达中实时的风速反演。通过实验验证,激光雷达的视向探测距离达到3 600 m,距离分辨率为60 m,风速测量范围为30 m/s,时间分辨率为1 s,转动圆盘校准的速度测量精度优于0.48 m/s。

English Abstract

参考文献 (18)

目录

    /

    返回文章
    返回