[0030] 下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0031] 如图1所示，一种测量云层高度和厚度的硬件装置，其特征是，包括FPGA，所述FPGA分别连接激光驱动模块、信号接收模块、信号转换模块、液晶显示模块和片外闪存模块，所述激光驱动模块连接激光发射器，所述激光发射器为905nm激光发射器，所述信号接收模块包括PIN光电传感器、ADC模块和宽带信号调理模块，所述PIN光电传感器连接宽带电压调理模块，所述宽带电压调理模块连接ADC模块，所述信号转换模块包括max232电平转换模块及与其通信的上位机，液晶显示模块为LCD12864液晶显示模块，所述FPGA内部集成了IP core，所述IP core包括系统架构互联总线、nios ii处理器、ADC控制接口、DMA控制接口、激光脉冲控制接口、片上sram1、片上sram2、avalon-mm三态桥接口、RS-232接口、LCD接口和avalon-mm总线，所述max232电平转换模块连接RS-232接口，所述ADC模块连接ADC控制接口，所述激光驱动模块连接激光脉冲控制接口，所述LCD12864液晶显示模块连接LCD接口，所述片外闪存模块连接三态桥接口。
[0032] 激光头驱动模块：使用Altera高速FPGA-Cyclone iv发射具有陡峭脉冲前沿驱动905nm激光发射器发射高频激光。
[0033] 宽带电压调理模块：滤除干扰杂波，将传感器感受到的电压信号调理到ADC模块可识别的范围。
[0034] ADC模块：用于信号数据采集。
[0035] LCD12864液晶显示模块：用于结果显示。
[0036] max232电平转换模块：用于与上位机通讯。
[0037] FPGA：处理单元，用于信号传输存储以及处理分析。
[0038] 一种测量云高的装置和电路，得到了预设的采集数据，基本消除了噪声和异常值，提高了云层高度的数据测量精度。
[0039] 如图2所示，硬件装置发射高速激光脉冲序列的自动发射和自动采集，将采集到的离散数据存储在FPGA中，并提供嵌入式处理器来处理，其特征是，包括如下步骤：
[0040] S01，将由高速FPGA数据采集器采集到的多组真实数据，通过平均的方法得到的处于脉冲段的数据向量R0[X0,X1…Xn]作为参考向量(一帧选取n+1个数据)，以测量时间为X轴，测量数据为Y轴，将样本拟合成平面曲线S1；
[0041] S02，定义平面曲线S1中曲率为Kt(Kt0≤Kt≤Kt1)的曲线段为基线段(其中Kt0，Kt1定义了基线段的曲率范围)，曲率为Kf(Kf0≤Kf≤Kf1)的曲线段为脉冲段(其中Kf0，Kf1定义了脉冲段的曲率范围)；
[0042] S03，实际测量中，将使用高速FPGA采集器测得的数据R[X0,X1…Xg](一次后向反射总共采集g个数据)拟合为平面曲线S2；
[0043] S04，基于曲线的曲率为平面曲线S2分段，包括以下步骤：在曲线S2上选取n个测量点，计算其曲率K[K0,K1…Kn]，将K分别和Kt，Kf对比，若K∈Kt，那么该测量点属于基线段，若K∈Kf，则该测量点属于脉冲段。
[0044] S05，对于属于非脉冲线段的S2的曲线段R′[X0,X1…Xn]，直接舍弃，取属于脉冲段的平面曲线S2的曲线段R″[X0,X1…Xn]，使用快速小波除噪法进行处理，最后逆变换得到脉冲回波信号，从而消除测量数中的噪声和异常值，所述小波除噪法选取db4，深度为3层的变换，去除d1,d2,d3中的高频；所述小波除噪法中分解算法的表达式为：f(t)＝∑ncm+1，nφm+1，l(t)，重构算法的表达式为：f(t)＝∑ncm+1，nφm+1，l(t)+∑ndm，kφm，k(t)，[0045] 其中，φm，k是尺度函数，c是小波滤波器(滤波系数)c0＝0.4829629131445341，c1＝0.8365163037378079，c2＝0.2241438680420134，c3＝-0.1294095225512604，n是一维信号的离散点的长度；
[0046] S06，将分好段的脉冲段的平面曲线S2的曲线段R″分帧后分别与参考向量R0进行灰色关联分析；所述灰色关联分析包括灰色关联系数和关联度，灰色关联系数的其表达式为：
[0047] 其中，分辨系数ρ＝0.5，Δ(min)两级最小差，Δ(max)是两级最大差，Δxi(k)为各比较数列Xi曲线上的每一个点与参考数列X0曲线上的每一个点的绝对差值；
[0048] S07，将灰色关联系数大小进行冒泡排序，求出系数最大的序列，取该序列的第一个点，并求出该点占整个序列的位置，由此算出脉冲的往返时间，最终根据公式s＝0.5*v*t，算出云层的高度。其中，s是云层的高度，v是光速，t是光脉冲往返的时间。
[0049] S08，若云层有一定厚度，并且有多层云，则在一次回波接收中可以得到几次距离较近且信号较弱的脉冲上升前沿，将相邻两层云之间的高度值相减，即可得到云层的厚度，针对该脉冲上升前沿，重复以上步骤，即可得到第二层，第三层等等的云层厚度。
[0050] 如图3所示，分段前的数据拟合平面曲线S2示意图，图示的横坐标是时间单位是us，纵坐标是电压值单位是V。可以根据曲率将数据分段，其中K1，K2，K3分辨示意该平面曲线不同分段的曲率。
[0051] 如图4所示，分段后某一脉冲上升段经快速小波处理前后的示意图，图示的横坐标是时间单位是ns，纵坐标是电压值单位是V。波动的曲线是原始的数据曲线，平滑曲线是快速小波处理后的曲线，处理后的曲线可以滤除了由于白噪声带来的干扰而不影响反射目标所包含的信息细节。
[0052] 一种测量云层高度和厚度的硬件和软件配合方法，得到了预设的采集数据，基本消除了噪声和异常值，提高了云层高度及厚度的数据测量精度。
[0053] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
