折返式测量消光系数的方法、系统和激光雷达技术方案

本发明专利技术提供一种折返式测量消光系数的方法、系统和激光雷达，在O点设置激光雷达，在M点设置反射镜，所述O点和所述M点之间有Z点；所述激光雷达探测一次后向散射信号值，所述激光雷达探测二次后向散射信号值，所述激光雷达计算出二次后向散射信号值与所述一次后向散射信号值的比值。本发明专利技术通过激光雷达与反射镜相对设置，激光雷达探测到其自身与反射镜任意一点的一次后向散射信号值和反射镜反射的二次后向散射信号值，通过二次后向散射信号值和一次后向散射信号值的比值，在不需要假设激光雷达方程的初值与激光雷达比的情况下，即可精确测量出大气消光系数与能见度。

The method, system and lidar of measuring extinction coefficient by turn back

【技术实现步骤摘要】
折返式测量消光系数的方法、系统和激光雷达
本专利技术涉及激光雷达
，特别涉及一种折返式测量消光系数的方法、系统和激光雷达。
技术介绍
众所周知，激光雷达可以测定大气消光系数及能见度的空间分布。但是现有技术的所有缺点是，目前大都是由一台激光雷达进行测量，在处理激光雷达信号中，人们常常用Collis、Klett、Fernald等算法求解激光雷达方程，从而反演出关于大气的消光系数和能见度信息。但是Collis、Klett、Fernald等算法都是基于一定的假设，然而很多假设在现实情况下，并不符合实际情况。
技术实现思路
本专利技术提供一种折返式测量消光系数的方法、系统和激光雷达，通过激光雷达与反射镜相对设置，激光雷达探测到其自身与反射镜任意一点的一次后向散射信号值和反射镜反射的二次后向散射信号值，通过二次后向散射信号值和一次后向散射信号值的比值，在不需要假设激光雷达方程的初值与激光雷达比的情况下，即可精确测量出大气消光系数与能见度。为了实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：一种折返式测量消光系数的方法，包括如下步骤：S1、在O点设置激光雷达，在M点设置反射镜，所述O点和所述M点之间有Z点；S2、所述激光雷达向所述反光镜发射探测信号，所述探测信号经过Z点处的大气粒子，所述探测信号部分被所述Z点处的大气粒子后向散射，产生一次后向散射信号；其余所述探测信号穿透Z点的大气粒子后，射向所述M点的反射镜，所述探测信号被所述反光镜折射并后向散射，产生二次后向散射信号；S3、所述激光雷达探测一次后向散射信号，所述一次后向散射信号为值RCS1(z)，其中：RCS1(z)＝C·β(z)·exp(-2τOz)(公式(1))；所述公式(1)中，C为激光雷达的系统常数，β(z)为大气的后向散射体积系数，τOz为所述O点到Z点的光学厚度，τzM为Z点到M点的光学厚度，τOM为O点到M点的光学厚度,ρ是反射镜的反射率；S4、所述激光雷达探测二次后向散射信号，所述二次后向散射信号值为RCS2(z)，其中：RCS2(z)＝ρ2·C·β(z)·exp(-2τOM)exp(-2τzM)(公式(2))；所述公式(2)中，C为激光雷达的系统常数，β(z)为大气的后向散射体积系数，τOz为所述O点到Z点的光学厚度，τzM为Z点到M点的光学厚度，τOM为O点到M点的光学厚度，ρ是反射镜的反射率；S5、所述激光雷达根据公式(1)、公式(2)以及公式(3)计算出二次后向散射信号值RCS2(z)与所述一次后向散射信号值RCS1(z)的比值，其中：公式(3)为：R(z)为所述二次后向散射信号值RCS2(z)与所述一次后向散射信号值RCS1(z)的比值；优选的，所述步骤S5之后，进一步包括步骤S6：所述激光雷达根据公式(3)计算出所述A点到所述Z点的光学厚度，所述光学厚度值为τOz，其中所述公式(4)中，C0＝2ln(ρ)-4τOM。优选的，所述步骤S6之后，进一步包括步骤S7：所述激光雷达根据公式(4)计算出所述Z点处的大气消光系数，所述Z点处的大气消光系数值为α(z)，其中所述Z点为O点的和M点之间的任意一点。优选的，所述步骤S7之后，进一步包括步骤S8：所述激光雷达根据公式(5)及能见度公式计算出所述Z点处的能见度，所述Z点处的能见度值为VMOR(z)，其中所述公式(6)中，λ是所述激光雷达的波长，单位为nm。一种折返式测量消光系数的系统，包括：设置在O点的激光雷达和设置在M点的反射镜，所述O点和所述M点之间有Z点；所述激光雷达，用于发射探测信号，并探测Z点的大气粒子后向散射所述探测信号后产生的一次后向散射信号，所述一次后向散射信号为值RCS1(z)，其中：RCS1(z)＝C·β(z)·exp(-2τOz)(公式(1))；所述发射镜，用于折射并后向散射穿透Z点的大气粒子的探测信号，产生二次后向散射信号；所述激光雷达，用于探测二次后向散射信号，所述二次后向散射信号值为RCS2(z)，其中：RCS2(z)＝ρ2·C·β(z)·exp(-2τOM)exp(-2τzM)(公式(2))；所述公式(1)和公式(2)中，C为激光雷达的系统常数，β(z)为大气的后向散射体积系数，τOz为所述O点到Z点的光学厚度，τzM为Z点到M点的光学厚度，τOM为O点到M点的光学厚度，ρ是反射镜的反射率；以及用于根据公式(1)、公式(2)以及公式(3)计算出二次后向散射信号值RCS2(z)与所述一次后向散射信号值RCS1(z)的比值，其中：公式(3)为：R(z)为所述二次后向散射信号值RCS2(z)与所述一次后向散射信号值RCS1(z)的比值；以及用于根据公式(3)计算出所述A点到所述Z点的光学厚度，所述光学厚度值为τOz，其中所述公式(4)中，C0＝2ln(ρ)-4τOM。优选的，所述激光雷达还用于根据公式(4)计算出所述Z点处的大气消光系数，所述Z点处的大气消光系数值为α(z)，其中所述Z点为O点的和M点之间的任意一点。优选的，所述激光雷达还用于根据公式(5)及能见度公式计算出所述Z点处的能见度，所述Z点处的能见度值为VMOR(z)，其中所述公式(6)中，λ是所述激光雷达的波长，单位为nm。一种折返式测量消光系数的激光雷，包括：设置在O点的激光雷达，所述激光雷达向位于M点的反射镜发射探测信号，所述O点和M点之间具有Z点，所述激光雷达探测Z点的大气粒子后向散射所述探测信号后产生的一次后向散射信号，所述一次后向散射信号为值RCS1(z)，其中：RCS1(z)＝C·β(z)·exp(-2τOz)(公式(1))；所述激光雷达探测二次后向散射信号，所述二次后向散射信号值为RCS2(z)，其中：RCS2(z)＝ρ2·C·β(z)·exp(-2τOM)exp(-2τzM)(公式(2))；所述公式(1)和公式(2)中，C为激光雷达的系统常数，β(z)为大气的后向散射体积系数，τOz为所述O点到Z点的光学厚度，τzM为Z点到M点的光学厚度，τOM为O点到M点的光学厚度，ρ是反射镜的反射率；所述激光激光雷达根据公式(1)、公式(2)以及公式(3)计算出二次后向散射信号值RCS2(z)与所述一次后向散射信号值RCS1(z)的比值，其中：公式(3)为：R(z)为所述二次后向散射信号值RCS2(z)与所述一次后向散射信号值RCS1(z)的比值；所述激光雷达用于根据公式(3)计算出所述A点到所述Z点的光学厚度，所述光学厚度值为τOz，其中所述公式(4)中，C0＝2ln(ρ)-4τOM。优选的，所述激光雷达用于根据公式(4)计算出所述Z点处的大气消光系数，所述Z点处的大气消光系数值为α(z)，其中所述Z点为O点的和M点之间的任意一点。优选的，所述激光雷达用于根据公式(5)及能见度公式计算出所述Z点处的能见度，所述Z点处的能见度值为VMOR(z)，其中所述公式(6)中，λ是所述激光雷达的波长，单位为nm。通过实施以上技术方案，具有以下技术效果：本专利技术提供的折返式测量消光系数的方法、系统和激光雷达，所述激光雷达根据所述二次后向散射信号值和所述二次后向散射信号值的比值，在不需要假设激光雷达方程的初值与激光雷达比的情况下，即可精确测量出大气消光系数与能见度。附图说明图1为本专利技术提供的折返式测量消光系数的系统的示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种折返式测量消光系数的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、在O点设置激光雷达，在M点设置反射镜，所述O点和所述M点之间有Z点；S2、所述激光雷达向所述反光镜发射探测信号，所述探测信号经过Z点处的大气粒子，所述探测信号部分被所述Z点处的大气粒子后向散射，产生一次后向散射信号；其余所述探测信号穿透Z点的大气粒子后，射向所述M点的反射镜，所述探测信号被所述反光镜折射并后向散射，产生二次后向散射信号；S3、所述激光雷达探测一次后向散射信号，所述一次后向散射信号为值RCS1(z)，其中：RCS1(z)＝C·β(z)·exp(‑2τOz)    (公式(1))；所述公式(1)中，C为激光雷达的系统常数，β(z)为大气的后向散射体积系数，τOz为所述O点到Z点的光学厚度，τzM为Z点到M点的光学厚度，τOM为O点到M点的光学厚度,ρ是反射镜的反射率；S4、所述激光雷达探测二次后向散射信号，所述二次后向散射信号值为RCS2(z)，其中：RCS2(z)＝ρ

【技术特征摘要】
1.一种折返式测量消光系数的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、在O点设置激光雷达，在M点设置反射镜，所述O点和所述M点之间有Z点；S2、所述激光雷达向所述反光镜发射探测信号，所述探测信号经过Z点处的大气粒子，所述探测信号部分被所述Z点处的大气粒子后向散射，产生一次后向散射信号；其余所述探测信号穿透Z点的大气粒子后，射向所述M点的反射镜，所述探测信号被所述反光镜折射并后向散射，产生二次后向散射信号；S3、所述激光雷达探测一次后向散射信号，所述一次后向散射信号为值RCS1(z)，其中：RCS1(z)＝C·β(z)·exp(-2τOz)(公式(1))；所述公式(1)中，C为激光雷达的系统常数，β(z)为大气的后向散射体积系数，τOz为所述O点到Z点的光学厚度，τzM为Z点到M点的光学厚度，τOM为O点到M点的光学厚度,ρ是反射镜的反射率；S4、所述激光雷达探测二次后向散射信号，所述二次后向散射信号值为RCS2(z)，其中：RCS2(z)＝ρ2·C·β(z)·exp(-2τOM)exp(-2τzM)(公式(2))；所述公式(2)中，C为激光雷达的系统常数，β(z)为大气的后向散射体积系数，τOz为所述O点到Z点的光学厚度，τzM为Z点到M点的光学厚度，τOM为O点到M点的光学厚度，ρ是反射镜的反射率；S5、所述激光雷达根据公式(1)、公式(2)以及公式(3)计算出二次后向散射信号值RCS2(z)与所述一次后向散射信号值RCS1(z)的比值，其中：公式(3)为：(公式(3))；R(z)为所述二次后向散射信号值RCS2(z)与所述一次后向散射信号值RCS1(z)的比值。2.根据权利要求1所述的折返式测量消光系数的方法，其特征在于，所述步骤S5之后，进一步包括步骤S6：所述激光雷达根据公式(3)计算出所述A点到所述Z点的光学厚度，所述A点到所述Z点的光学厚度值为τOz，其中所述公式(4)中，C0＝2ln(ρ)-4τOM。3.根据权利要求2所述的折返式测量消光系数的方法，其特征在于，所述步骤S6之后，进一步包括步骤S7：所述激光雷达根据公式(4)计算出所述Z点处的大气消光系数，所述Z点处的大气消光系数值为α(z)，其中所述Z点为O点的和M点之间的任意一点。4.根据权利要求3所述的折返式测量消光系数的方法，其特征在于，所述步骤S7之后，进一步包括步骤S8：所述激光雷达根据公式(5)及能见度公式计算出所述Z点处的能见度，所述Z点处的能见度值为VMOR(z)，其中所述公式(6)中，λ是所述激光雷达的波长，单位为nm。5.一种折返式测量消光系数的系统，其特征在于，包括：设置在O点的激光雷达和设置在M点的反射镜，所述O点和所述M点之间有Z点；所述激光雷达，用于发射探测信号，并探测Z点的大气粒子后向散射所述探测信号后产生的一次后向散射信号，所述一次后向散射信号为值RCS1(z)，其中：RCS1(z)＝C·β(z)·exp(-2τOz)(公式(1))；所述发射镜，用于折射并后向散射穿透Z点的大气粒子的探测信号，产生二次后向散射信号；所述激光雷达，用于探测二次后向散射信号，所述二次后向散射信号值为RCS2(z)，其中：RCS2(z...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨少辰，王宣，冼锦洪，徐文静，龙传德，宋庆春，
申请(专利权)人：深圳大舜激光技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44