一种差分吸收激光雷达回波信号实时补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种差分吸收激光雷达回波信号实时补偿方法，包括以下步骤：使用差分吸收激光雷达进行测量，获取空间分辨率相等的差分吸收激光雷达回波信号数据集；使用小球或汽艇等气象探空观测设备，获取大气状态数据集，其数据包括有温度T、湿度Td、气压值Pa、风速v及所测物质数浓度；将大气状态数据集进行处理，使其空间分辨率与差分吸收激光雷达相等；计算不同高度差分吸收激光雷达信号受湿度、温度、风速和压强影响下的不同回波信号误差；根据计算得到的不同高度激光雷达回波信号误差，订正得到补偿后的差分吸收激光雷达回波信号值，并输出雷达回波信号；输出订正后的雷达回波信号。号。号。

【技术实现步骤摘要】
一种差分吸收激光雷达回波信号实时补偿方法


[0001]本专利技术属于雷达信号处理
，具体为一种差分吸收激光雷达回波信号实时补偿方法。

技术介绍

[0002]激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的一种雷达系统。其工作原理是向目标发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息。
[0003]与传统雷达相比，激光雷达具有分辨率高、隐蔽性好、抗有源干扰能力强、低空探测性能好及体积小质量轻等诸多优点。经过近几十年的发展，激光雷达技术在环境监测、气候研究、气象观测及军事领域等方面得到了广泛的应用。
[0004]然而,激光雷达技术也存在诸多缺点。其工作时受天气和大气影响较大。激光一般在晴朗的天气里衰减较小，传播距离较远，而在大雨、浓烟、浓雾等恶劣天气条件下，衰减更是急剧加大，传播距离大受影响，返回的激光雷达信号也存在异常。
[0005]目前在硬件端存在一些解决方案，以提高激光雷达信号对外场环境影响的抵抗性。如不同的激光器受环境湿度及温度的影响不同,选取合适的激光器可以极大提高激光雷达信号的稳定性。然而大气状态复杂多变，硬件端的方案存在着一定的局限性。因此，如何从信号端修正回波信号，使激光雷达适用于不同的大气环境，以获取更加详细、准确的信息，是激光雷达发展研究的重点之一。
[0006]针对现有应用技术存在的不足，本文提出了一种差分吸收激光雷达回波信号实时补偿方法，可根据不同时刻、不同高度的复杂大气状态，实时修正激光雷达回波信号，使激光雷达信号更加准确，使得根据激光雷达回波信号处理和反演过后的相关信息更加精确。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于解决上述提出的问题，提供一种差分吸收激光雷达回波信号实时补偿方法。
[0008]本专利技术采用的技术方案如下：一种差分吸收激光雷达回波信号实时补偿方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1，使用差分吸收激光雷达进行测量，获取空间分辨率相等的差分吸收激光雷达回波信号数据集；
[0010]步骤2，使用小球或汽艇等气象探空观测设备，获取大气状态数据集，其数据包括有温度T、湿度Td、气压值Pa、风速v及所测物质数浓度；
[0011]步骤3，将大气状态数据集进行处理，使其空间分辨率与差分吸收激光雷达相等；
[0012]步骤4，计算不同高度差分吸收激光雷达信号受湿度、温度、风速和压强影响下的不同回波信号误差；
[0013]步骤5，根据计算得到的不同高度激光雷达回波信号误差，订正得到补偿后的差分
吸收激光雷达回波信号值，并输出雷达回波信号；
[0014]步骤6，输出订正后的雷达回波信号。
[0015]进一步地，所述步骤4的回波信号误差计算方法如下：
[0016][0017]式中E表示回波信号误差，x代表测量得到的湿度、温度、风速和压强值，N代表用差分吸收激光雷达反演的物质数浓度，h代表高度，k为玻尔兹曼常数，δN为小球探空所测物质数浓度。
[0018]进一步地，所述步骤5的补偿后的差分吸收激光雷达回波信号值的计算方法如下：
[0019]差分吸收激光雷达原始回波信号方程可表示为：
[0020][0021]式子中的P代表距离h处、波长λ的激光的雷达回波信号，C为雷达常数，β表示大气后向散射系数，α为除所测物质吸收外的大气消光系数，N代表高度h处所测物质浓度，σ表示所测物质在波长λ处的吸收截面；
[0022]订正后的差分吸收激光雷达回波信号方程可表示为：
[0023][0024]式中a表示影响回波信号的大气物理量的比例系数，i代表大气物理量的类型，包括有湿度、温度、风速和压强。
[0025]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
[0026]本专利技术可根据不同时刻、不同高度的复杂大气状态，实时修正激光雷达回波信号，使激光雷达信号更加准确，使得根据激光雷达回波信号处理和反演过后的相关信息更加精确。
附图说明
[0027]图1为本专利技术的流程框图。
具体实施方式
[0028]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0029]参照图1，一种差分吸收激光雷达回波信号实时补偿方法，包括以下步骤：
[0030]步骤1，使用差分吸收激光雷达进行测量，获取空间分辨率相等的差分吸收激光雷达回波信号数据集；
[0031]步骤2，使用小球或汽艇等气象探空观测设备，获取大气状态数据集，其数据包括有温度T、湿度Td、气压值Pa、风速v及所测物质数浓度；
[0032]步骤3，将大气状态数据集进行处理，使其空间分辨率与差分吸收激光雷达相等；
[0033]步骤4，计算不同高度差分吸收激光雷达信号受湿度、温度、风速和压强影响下的不同回波信号误差；
[0034]步骤5，根据计算得到的不同高度激光雷达回波信号误差，订正得到补偿后的差分吸收激光雷达回波信号值，并输出雷达回波信号；
[0035]步骤6，输出订正后的雷达回波信号。
[0036]进一步地，所述步骤4的回波信号误差计算方法如下：
[0037][0038]式中E表示回波信号误差，x代表测量得到的湿度、温度、风速和压强值，N代表用差分吸收激光雷达反演的物质数浓度，h代表高度，k为玻尔兹曼常数，δN为小球探空所测物质数浓度。
[0039]进一步地，所述步骤5的补偿后的差分吸收激光雷达回波信号值的计算方法如下：
[0040]差分吸收激光雷达原始回波信号方程可表示为：
[0041][0042]式子中的P代表距离h处、波长λ的激光的雷达回波信号，C为雷达常数，β表示大气后向散射系数，α为除所测物质吸收外的大气消光系数，N代表高度h处所测物质浓度，σ表示所测物质在波长λ处的吸收截面；
[0043]订正后的差分吸收激光雷达回波信号方程可表示为：
[0044][0045]式中a表示影响回波信号的大气物理量的比例系数，i代表大气物理量的类型，包括有湿度、温度、风速和压强。
[0046]本专利技术通过对不同时刻、不同高度的复杂大气状态的测量，不仅可以实现实时修正激光雷达回波信号的功能，使激光雷达信号更加准确，解决了激光雷达信号受外场环境较大的问题，同时解决了由于雷达信号不稳定带来的反演误差问题。该方法可拓展性强，不仅有助于得到差分吸收激光雷达的最佳反演效果，而且还可用于其他类型的激光雷达信号处理中。
[0047]以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本专利技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本专利技术各本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种差分吸收激光雷达回波信号实时补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，使用差分吸收激光雷达进行测量，获取空间分辨率相等的差分吸收激光雷达回波信号数据集；步骤2，使用小球或汽艇等气象探空观测设备，获取大气状态数据集，其数据包括有温度T、湿度Td、气压值Pa、风速v及所测物质数浓度；步骤3，将大气状态数据集进行处理，使其空间分辨率与差分吸收激光雷达相等；步骤4，计算不同高度差分吸收激光雷达信号受湿度、温度、风速和压强影响下的不同回波信号误差；步骤5，根据计算得到的不同高度激光雷达回波信号误差，订正得到补偿后的差分吸收激光雷达回波信号值，并输出雷达回波信号；步骤6，输出订正后的雷达回波信号。2.根据权利要求1所述的一种差分吸收激光雷达回波信号实时补偿方法，其特征在于，所述步骤4的回波信号误差计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：于潇萌，李晓琳，栾嘉蕴，吴佳兴，
申请(专利权)人：无锡中科光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：