【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及多波长对激光雷达大气成分气探测，特别涉及一种高精度大气臭氧多波长对同时探测方法。
技术介绍
1、近年来，臭氧含量的变化收到的全球普遍的关注，臭氧测量是研究臭氧变化的基础，现有技术中，测量大气臭氧廓线的传统方法是差分吸收激光雷达。
2、传统差分吸收激光雷达测量大气臭氧的方法存在一定的局限性：一方面，激光光束的准直调试不能达到最佳状态，很难实现差分吸收激光雷达系统的定标；另一方面，有效探测大气臭氧数据的高度区间难以确定，是的探测数据的精确度有待提高；因此，传统差分吸收激光雷达方法很难确保观测数据的三性“准确性、代表性、可靠性”，实验观测的效率有待提高，实验成本也可以降低。
3、这也是目前差分吸收激光雷达大气成分气探测领域，特别是无人看守的探测系统，或心载激光雷达系统存在的主要问题。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的问题是：提供一种高精度大气臭氧多波长对同时探测方法，利用多波长对对激光雷达系统实行定标，确保有效探测区间，实现多波长对同时探测，提高大气臭氧浓度廓线探测精度和探测效率。
2、本专利技术采用如下技术方案：一种高精度大气臭氧多波长对同时探测方法，包括如下步骤：
3、s1、调试激光器，发出探测大气的两对激光光束：第一激光器产生波长分别为λ1a、λ1b的两束激光，第二激光器产生波长分别为λ2a、λ2b的两束激光；
4、s2、调试激光光路，进行臭氧激光雷达系统的定标：使激光光束λ1a,λ2a完全重合，激光光
5、s3、进行观测试验，获取激光光束的回波信号，形成波长对信号，并进行臭氧观测，获取臭氧浓度观测值；所述波长对信号有六对，分别为：λ1a,λ1b、λ1a,λ2a、λ1a,λ2b、λ1b,λ2a、λ1b,λ2b、λ2a,λ2b；
6、s4、根据两波长对λ1a,λ2a和λ1b,λ2b回波信号强度及臭氧吸收截面的差异，反演计算臭氧廓线，根据臭氧廓线确定有效探测区间；
7、s5、在有效探测区间范围内，计算出4组波长对λ1a,λ1b、λ1a,λ2b、λ1b,λ2a、λ2a,λ2b探测的臭氧浓度廓线，并求平均值，得到精确的臭氧浓度廓线。
8、进一步地，步骤s1中，使用两套激光光源产生激光光束，第一激光器产生的激光波长λ1a为290.1nm，λ1b为285.1nm，λ1a、λ1b激光脉冲的时间延迟为100ms；第二激光器产生的激光波长λ2a为290.1nm，λ2b为285.1nm，λ2a、λ2b激光脉冲的时间延迟为100ms；波长λ1a，λ2a激光脉冲时间延迟为100us。
9、进一步地，步骤s2中，进行臭氧激光雷达系统的定标，调试激光光路中光束λ1a、λ2a和光束λ1b、λ2b，使两光束垂直输入大气，完全落在激光雷达望远镜视场角内，通过示波器观察两回波波形，并继续微调激光光束方向，确保两光束在示波器回波信号完全重合。
10、进一步地，步骤s3中，开始试验观测，一次试验观测，通过4个波长光源获得四个回波信号，分别为λ1a、λ1b、λ2a、λ2b，形成六个波长对信号，分别为λ1a,λ1b、λ1a,λ2a、λ1a,λ2b、λ1b,λ2a、λ1b,λ2b、λ2a,λ2b，得到六组回波信号，分别进行六组臭氧观测。
11、根据不同波长对回波信号强度及臭氧吸收截面的差异，经过反演计算，得到6个臭氧浓度廓线，分别为：fcal2(λ1b,λ2b)、dial1(λ1a,λ1b)、dial2(λ1a,λ2b)、dial3(λ2a,λ2b)、dial4(λ2a,λ1b)，方法为
12、
13、
14、其中，δr位距离分辨率，为相邻两个点r2、r1之间的距离δr＝r2-r1，为两探测波长的吸收截面之差，pon(r),poff(r)分别为两不同探测波长在距离r处的回波强度，fcal2(λ1b,λ2b)是定标廓线。
15、进一步地，步骤s4中，根据定标波长对回波信号，反演定标廓线，决定有效探测区间，波长对信号λ1a,λ2a完全重合，计算得到的臭氧浓度廓线接近于零，对应的臭氧浓度廓线接近于零的高度区间为有效探测区间；波长对信号λ1b,λ2b完全重合，计算得到的臭氧浓度廓线fcal2(λ1b,λ2b)接近于零，对应的臭氧浓度廓线接近于零的高度区间为有效探测区间。
16、进一步地，步骤5中，根据有效探测区间，再进行臭氧浓度观测，计算4组波长对探测的臭氧浓度廓线，并在有效数据区间内的臭氧浓度平均值得到精确的臭氧浓度廓线，公式如下：
17、
18、本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
19、本专利技术高精度大气臭氧多波长对同时探测方法使用两套激光光源产生六对波长对，同时探测大气臭氧廓线，通过其中2波长对对系统同进行定标，确定有效试验数据区间，在有效数据区间内，获得其他4波长对臭氧浓度廓线平均值，实现了差分吸收激光雷达系统的光路调试，通过系统定标，确保有效探测区间，提高了探测数据的精确度和探测效率。
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1.一种高精度大气臭氧多波长对同时探测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的高精度大气臭氧多波长对同时探测方法，其特征在于，步骤S1，在臭氧激光雷达系统中，使用两套激光光源产生激光光束，第一激光器产生的激光波长λ1a为290.1nm，λ1b为285.1nm，λ1a、λ1b激光脉冲的时间延迟为100ms；第二激光器产生的激光波长λ2a为290.1nm，λ2b为285.1nm，λ2a、λ2b激光脉冲的时间延迟为100ms；波长λ1a，λ2a激光脉冲时间延迟为100us。
3.根据权利要求1所述的高精度大气臭氧多波长对同时探测方法，其特征在于，步骤S2中，进行激光雷达系统的定标，调试激光光路中光束λ1a、λ2a和光束λ1b、λ2b，使两光束垂直输入大气，完全落在激光雷达望远镜视场角内，通过示波器观察两回波波形，并继续微调激光光束方向，确保两光束在示波器回波信号完全重合。
4.根据权利要求1所述的高精度大气臭氧多波长对同时探测方法，其特征在于，步骤S3中，一次试验观测通过四个波长光源λ1a、λ1b、λ2a、λ2b，形成六个波长对信号
5.根据权利要求4所述的高精度大气臭氧多波长对同时探测方法，其特征在于，步骤S3中，根据不同波长对回波信号强度及臭氧吸收截面的差异，经过反演计算，得到6个臭氧浓度廓线，分别为：fcal1(λ1a,λ2a)、fcal2(λ1b,λ2b)、DIAL1(λ1a,λ1b)、DIAL2(λ1a,λ2b)、DIAL3(λ2a,λ2b)、DIAL4(λ2a,λ1b)，方法为
6.根据权利要求1所述的高精度大气臭氧多波长对同时探测方法，其特征在于，步骤S4中，波长对信号λ1a,λ2a完全重合，计算得到的臭氧浓度廓线接近于零，对应的臭氧浓度廓线接近于零的高度区间为有效探测区间；波长对信号λ1b,λ2b完全重合，计算得到的臭氧浓度廓线fcal2(λ1b,λ2b)接近于零，对应的臭氧浓度廓线接近于零的高度区间为有效探测区间。
7.根据权利要求1所述的高精度大气臭氧多波长对同时探测方法，其特征在于，步骤5中，根据有效探测区间，再进行臭氧浓度观测，计算4组波长对探测的臭氧浓度廓线，分别为：DIAL1(λ1a,λ1b)，DIAL2(λ1a,λ2b)，DIAL3(λ2a,λ2b)，DIAL4(λ2a,λ1b)，并在有效数据区间内得到臭氧浓度平均值公式如下：
...【技术特征摘要】
1.一种高精度大气臭氧多波长对同时探测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的高精度大气臭氧多波长对同时探测方法，其特征在于，步骤s1，在臭氧激光雷达系统中，使用两套激光光源产生激光光束，第一激光器产生的激光波长λ1a为290.1nm，λ1b为285.1nm，λ1a、λ1b激光脉冲的时间延迟为100ms；第二激光器产生的激光波长λ2a为290.1nm，λ2b为285.1nm，λ2a、λ2b激光脉冲的时间延迟为100ms；波长λ1a，λ2a激光脉冲时间延迟为100us。
3.根据权利要求1所述的高精度大气臭氧多波长对同时探测方法，其特征在于，步骤s2中，进行激光雷达系统的定标，调试激光光路中光束λ1a、λ2a和光束λ1b、λ2b，使两光束垂直输入大气，完全落在激光雷达望远镜视场角内，通过示波器观察两回波波形，并继续微调激光光束方向，确保两光束在示波器回波信号完全重合。
4.根据权利要求1所述的高精度大气臭氧多波长对同时探测方法，其特征在于，步骤s3中，一次试验观测通过四个波长光源λ1a、λ1b、λ2a、λ2b，形成六个波长对信号，分别为λ1a,λ1b、λ1a,λ2a、λ1a,λ2b、λ1b,λ2a、λ1b,λ2b、λ2a,λ2b，得到六组回波信号，分...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹念文，王雯慧，刘茂林，刘嘉，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：
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