Koherentin lasertutkan reaaliaikainen signaalinkäsittely ohjelmoitavalla porttimatriisilla

Abstract

lmakehän ilmiöiden tunteminen on tullut ilmastonmuutoksen ja ihmiskunnan kehityksen myötä jatkuvasti merkityksellisemmäksi. Koherentti lasertutka mahdollistaa ilmakehän ominaisuuksien mittaamisen etäältä. Lasertutkan muodostaman tiedon määrä on niin suurta, että sitä täytyy esikäsitellä ohjelmoitavan porttimatriisin avulla. Tässä työssä tutkitaan koherentin lasertutkan toimintaa ilmakehätutkimuksessa. Työn tarkoituksena on todeta ohjelmoitavalle porttimatriisille luodun esikäsittelyalgoritmin toimivuus. Työn kirjallisuustutkimusosassa perehdytään ilmakehän havainnointiin lasertutkan avulla, johdetaan kaava tuulen nopeuden selvittämiseen signaalin taajuusmuutoksesta ja tutustutaan kohe renttiin heterodyyni havainnointiin. Lisäksi työssä kerrotaan oleelliset osat ohjelmoitavan porttimatriisin toiminnasta ja perehdytään esikäsittelyalgoritmin toimintaan. Työn kokeellisessa osassa hyödynnetään Doppler lasertutkaa todentamaan esikäsittelyalgoritmin toiminta määrittämällä tuulen mittaussuuntaisia nopeuksia eri etäisyyksillä laitteistosta. Tehdyssä mittauksessa voidaan havainnoida käsiteltävissä olevaa signaalia maksimissaan noin kilometrin etäisyydeltä ja saatu mittaussuuntainen tuulen nopeus todetaan olevan epävarmuuksien sisällä todellisesta tuulen nopeudesta. Signaalin amplitudissa havaitaan voimakkaampi kohta teleskoopin polttopisteen etäisyydellä, joka sopii yhteen teorian kanssa ja kertoo algoritmin kyvykkyydestä määrittää signaalin suhteellista amplitudia. Muodostetun algoritmin varsinainen käyttötarkoitus on hiilidioksidipitoisuuden määrittäminen differentiaali absorptio lasertutkan avulla. Tämä työ osoittaa algoritmin toimivuuden tähän käyttötarkoitukseen ja se todetaan valmiiksi alustavia varsinaisia mittauksia varten. Algoritmin toteutus ohjelmoitavalla porttimatriisilla mahdollistaa sen muokkaamisen, kun muutoksia algoritmin toiminnassa vaaditaan. Algoritmin muuttaminen on helpompaa kuin muilla vastaaviin tavoitteisiin pääsevillä laitteistoilla