一种激光雷达质量控制方法技术

本发明专利技术提供一种激光雷达质量控制方法，包括以下步骤：对激光雷达系统进行瑞利散射拟合校正：将距离校正散射信号与瑞利散射信号进行拟合，根据拟合结果调整所述激光雷达系统；对激光雷达系统进行四象限测试，根据测试结果校准激光雷达系统的发射装置的发射光轴与接收装置的接收光轴的位置；对所述激光雷达系统的回波信号进行几何重叠因子校正，得到激光雷达系统校正后的回波信号。本方法从气溶胶激光雷达的设备入网标准、组网观测数据的质量控制等根本性要素着手，确认了气溶胶激光雷达组网的质量控制关键因素和关键指标，目的是激光雷达接收较高且准确的信号，提高反演精度。

【技术实现步骤摘要】
一种激光雷达质量控制方法
本专利技术涉及办公设备
，特别涉及一种激光雷达质量控制方法。
技术介绍
气溶胶激光雷达在气象和环保领域的应用越来越被人们所重视。这是因为气溶胶激光雷达在对大气中颗粒物的分布(空间分布、粒径分布、种类分布等)和时空演变过程的监测手段是无以伦比的，它们能给出上述分布的空间分辨和时间分辨测量。目前在全球范围内，使用气溶胶激光雷达构成大陆尺度范围的监测网中，欧洲的EARLINET气溶胶激光雷达网已经运行了18年以上(从1998年德国的LACE98计划开始)。由于激光雷达在我国的气象和环保部门的应用研究尚处于起步阶段，大部分的国产设备来自科研院所，因此在此类设备的工业化、标准化等方面还没有统一的标准和要求。国外利用激光雷达对云，气溶胶等方面进行了大量研究，但基本集中在硬件系统，反演方法和机制研究等，对于雷达数据本身的质控较少，一般默认原始数据满足精度要求，仅给出反演结果，无法保证数据的准确性。数据准确性是科学研究的根本保障，因此针对激光雷达的质量控制尤为重要。
技术实现思路
本专利技术提供一种激本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光雷达质量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、对激光雷达系统进行瑞利散射拟合校正：将距离校正散射信号与瑞利散射信号进行拟合，根据拟合结果调整所述激光雷达系统；/nS2、对激光雷达系统进行四象限测试，根据测试结果校准激光雷达系统的发射装置的发射光轴与接收装置的接收光轴的位置；/nS3、对所述激光雷达系统的回波信号进行几何重叠因子校正，得到激光雷达系统校正后的回波信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达质量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对激光雷达系统进行瑞利散射拟合校正：将距离校正散射信号与瑞利散射信号进行拟合，根据拟合结果调整所述激光雷达系统；
S2、对激光雷达系统进行四象限测试，根据测试结果校准激光雷达系统的发射装置的发射光轴与接收装置的接收光轴的位置；
S3、对所述激光雷达系统的回波信号进行几何重叠因子校正，得到激光雷达系统校正后的回波信号。


2.根据权利要求1所述的激光雷达质量控制方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：
S11、对接收到的距离校正散射信号X(r)与瑞利散射信号RCS(r,λ)进行拟合(取对数坐标)；
S12、瑞利散射信号RCS(r,λ)由激光雷达方程得到：



其中r为距离，RCS(r,λ)为距离校准信号，C为激光雷达常识，αm(r,λ)为大气分子消光系数，βm(r,λ)为后向体积散射系数；
S13、将公式(2)代入公式(1)得到：



其中λ为激光波长(nm)，T(r)为温度，Pa(r)为压强；
S14、由美国标准大气分子模型得到距离校正散射信号X(r)，对测得的原始信号P(r)扣除背景噪声NB得到有效光子信号Ps(r)：
Ps(r)＝P(r)-NB
NB取原始信号P(r)的最后M个值平均得到，M为50，得到距离校正散射信号X(r)：
X(r)＝Ps(r)*r*r；
S15、比较所述距离校正散射信号X(r)与瑞利散射信号RCS(r,λ)，当所述距离校正散射信号值低于所述瑞利散射信号值时，调整所述发射光轴和接收光轴，直到所述距离校正散射信号值高于所述瑞利散射信号值。


3.根据权利要求1所述的激光雷达质量控制方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：
S21、对激光雷达的光学天线进行四象限划分，得到光学天线接收系统四象限；
S22、按照第一象限、第四象限、第一象限的顺序测量，设测量的三条回波曲线在2km～3km距离范围内的所有回波强度点的平均值分别为X11、和均方根值分别为XRMS11、XRMS4和XRMS12，当时，保存本次测量的第一象限的信号S1和第四象限的信号S4；
S23、按照第二象限、第三象限、第二象限的顺序测量，设测量的三条回波曲线在2km～3km距离范围内的所有回波强度点的平均值分别为和均方根值分别为XRMS21、XRMS3和XRMS22，当时，保存本次测量的第二象限S2和第三象限的信号S3；
S24、设激光雷达的overlap区为LO，对于非同轴的激光雷达系统，设在LO+1～LO+4距离范围内的第一象限探测信号为S11、S12、……S1n，第四象限探测信号为S41、S42、……S4n，计算第一象限信号与第四象限回波信号的系统差M14和第一象限信号与第四象限回波信号的标准差σ14：
M14＝((S11-S41)+(S12-S42)+L+(S1n-S4n))/n(4)



S25、在0km～3km范围内，第二象限探测信号为S21、S22、……S2n，第三象限探测信号为S31、S32、……S3n，计算第二象限与第三象限回波信号的系统差M23和第二象限与第三象限回波信号的标准差σ23：
M23＝((S21-S31)+(S22-S32)+L+(S2n-S3n))/n(6)



S26、对于同轴的激光雷达系统，设在0km～3km距离范围内的第一象限探测信号为S11、S12、……S1n，第二象限探测信号为S21、S22、……S2n，第三象限探测信号为S31、S32、……S3n，第四象限探测信号为S41、S42、……S4n，计算第一象限和第四象限的系统差、第一象限和第四象限的标准差，以及第二象限和第三象限回波信号的系统差和第二象限和第三象限回波信号的标准差；
S27、将所述第一象限和第四象限的系统差与所述第一象限和第四象限的标准差进行对比，以及将所述第二象限和第三象限回波信号的系统差与所述第二象限和第三象限回波信号的标准差进行对比，根据对比结果调整所述发射光轴和接收光轴，直到符合标准。


4.根据权利要求1所述的激光雷达质量控制方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下步骤：
S31、根据激光雷达方程，激光雷达接收到的有效信号又可以表示为：



其中C为激光雷达系统常数，α(r)为大气消光系数、β(r)为后向散射系数；
设r＝r0时激光发射视场与望远镜接收视场完全重合，此时Y(r)＝1，两端取自然对数，得：
ln[Ps(r)r2]＝ln(Cβ)-2αr
采用最小二乘法进行y＝b+a*r形式的线性拟合，可得：
a＝-2α
b＝ln(Cβ)
于是可得到激光雷达系统的几何重叠因子


...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨少辰，徐文静，冼锦洪，王岚萱，
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