本发明专利技术提出了一种基于频谱特征信号的多气象参数同步测量方法及激光雷达，从检测到的激光回波信号频谱提取各种散射频谱特征信息，进而通过检测谱信号中频率的偏移反演大气风场，通过检测瑞利散射频谱能量实现对气体密度的检测，通过检测布里渊散射谱的半高宽或布里渊频移实现对大气温度的检测，通过检测米氏散射谱能量实现气溶胶浓度及光学厚度等特性的检测，这样解决了传统时域激光雷达功能单一的缺陷，达到多参数同步测量，降低运行成本的目的。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种激光雷达领域，具体涉及ー种基于频谱特征信号检测的多气象參 数同步测量激光雷达，用于检测低空(0-30km)大气风场、气体密度、大气温度、气溶胶浓 度、光学厚度。
技术介绍
大气温度、风速以及气溶胶和气体分子散射的光学特性对天气数值预报、通量传 输研究和和动カ气象研究都是至关重要的。数十年来，激光技术、信号探測和数据采集及其 控制技术的发展使激光雷达在对大气气象參数的探測高度、垂直跨度、空间分辨率、时间上 的连续监测、測量精度等方面具有全面的优势，是其它探測手段很难比拟的。目前主要是采用多普勒激光雷达测量大气风场，采用米氏散射激光雷达测量气溶 胶光学特性，采用瑞利布里渊雷达或基于频域滤波的拉曼雷达测量大气温度。以上激光雷 达都是通过测量光散射回波信号能量的方法进行气象參数测量的。由于在时域上不能够区 分各种散射回波信号，所以在需要获得多个气象參数吋，往往需要多个雷达联合进行測量， 这样就使得整体測量成本较为昂贵，此外在低空測量时由于米氏散射能量过大，除气溶胶 光学特性外无法测量其它气象參数，使得每个单独体制的激光雷达功能受限。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出ー种基于频谱特征信号检测的多气象參数同步测量激光雷 达，通过获取回波信号频谱的检测手段从而提取各种散射频谱特征信息，进而实现对多參 数的同步测量。基于频谱特征信号的多气象參数同步测量方法，具体为(1)向空中发射准直脉冲激光，经过大气后向散射后形成激光回波信号；(2)激光回波信号经过法布里珀罗标准具后发生等倾干涉形成同心干涉圆环；(3)检测同心干涉圆环的光強度，对其作去卷积运算还原得到激光回波信号光 谱；(4)去除激光回波信号光谱中的米氏散射谱，得到瑞利布里渊散射谱Vkb ；(5)选用目标函数IZrb对瑞利布里渊散射谱Vkb进行曲线拟合，得到正布 里渊散射谱O)、反布里渊散射谱Uv)和瑞利散射-Vtoyl(V)，其中权利要求1.基于频谱特征信号的多气象參数同步测量方法，具体为(1)向空中发射准直脉冲激光，经过大气后向散射后形成激光回波信号；(2)激光回波信号经过法布里珀罗标准具后发生等倾干涉形成同心干涉圆环；(3)检测同心干涉圆环的光強度，对其作去卷积运算还原得到激光回波信号光谱；(4)去除激光回波信号光谱中的米氏散射谱，得到瑞利布里渊散射谱Veb；(5)选用目标函数2.根据权利要求1所述的多气象參数同步测量方法，其特征在干，所述 VBrill+(V)、VBrill-(V)、VRayl(v)为佛克脱Voigt函数或类佛克脱pseudo-Voigt函数或高斯函 数或洛伦兹函数。3.实现权利要求1或2所述多气象參数同步测量方法的激光雷达，包括激光发射系统 (1)、激光接收系统(2)和信号采集和处理系统(3)，激光发射系统(1)包括激光器(101)、倍频器(102)、分光器(103)、扩束镜(104)和 光学发射器(105)，激光器(101)产生的激光依次通过倍频器(102)、分光器(103)、扩束镜 (104)和光学发射器(10 后向空中发射准直激光脉冲，经过大气后向散射形成激光回波 信号；激光接收系统( 包括望远镜(201)、扩束镜(20 和光学滤波器003)，望远镜QOl) 接收的激光回波信号依次通过扩束镜(20 和光学滤波器(20 形成同心干涉圆环，所述 光学滤波器为法布里珀罗标准具；信号采集和处理系统C3)包括光电探测器(301)和控制和处理单元(302)，光电探测 器(301)将同心干渉圆环从光信号转换为电信号传送给控制和处理单元(302)，控制和处 理单元(30 对同心干渉圆环进行处理得到气象參数。全文摘要本专利技术提出了一种基于频谱特征信号的多气象参数同步测量方法及激光雷达，从检测到的激光回波信号频谱提取各种散射频谱特征信息，进而通过检测谱信号中频率的偏移反演大气风场，通过检测瑞利散射频谱能量实现对气体密度的检测，通过检测布里渊散射谱的半高宽或布里渊频移实现对大气温度的检测，通过检测米氏散射谱能量实现气溶胶浓度及光学厚度等特性的检测，这样解决了传统时域激光雷达功能单一的缺陷，达到多参数同步测量，降低运行成本的目的。文档编号G01S17/95GK102288973SQ20111017828公开日2011年12月21日 申请日期2011年6月28日 优先权日2011年6月28日专利技术者余寅, 李皞, 梁琨, 王盛青, 马泳, 黄珺 申请人:华中科技大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．基于频谱特征信号的多气象参数同步测量方法，具体为：（１）向空中发射准直脉冲激光，经过大气后向散射后形成激光回波信号；（２）激光回波信号经过法布里珀罗标准具后发生等倾干涉形成同心干涉圆环；（３）检测同心干涉圆环的光强度，对其作去卷积运算还原得到激光回波信号光谱；（４）去除激光回波信号光谱中的米氏散射谱，得到瑞利布里渊散射谱ＶＲＢ；（５）选用目标函数对瑞利布里渊散射谱ＶＲＢ进行曲线拟合，得到正布里渊散射谱反布里渊散射谱和瑞利散射谱ＶＲａｙｌ（ｖ），其中（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｏｖｅｒ）?（ｍｉ）Ｖ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＾（／ｍｏ）?（／ｍｏｖｅｒ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｆｅｎｃｅｄｏｐｅｎ＝＇［＇ｃｌｏｓｅ＝＇］＇）?（ｍｔａｂｌｅ）?（ｍｔｒ）?（ｍｔｄ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｖ（／ｍｉ）?（ｍｉ）Ｒａｙｌ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｖ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｔｄ）?（／ｍｔｒ）?（ｍｔｒ）?（ｍｔｄ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｖ（／ｍｉ）?（ｍｉ）Ｂｒｉｌｌ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｖ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｔｄ）?（／ｍｔｒ）?（ｍｔｒ）?（ｍｔｄ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｖ（／ｍｉ）?（ｍｉ）Ｂｒｉｌｌ（／ｍｉ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｖ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｔｄ）?（／ｍｔｒ）?（／ｍｔａｂｌｅ）?（／ｍｆｅｎｃｅｄ）?（ｍｏ），（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍａｔｈ）ｖ为频率，（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｃ（／ｍｉ）?（ｍｎ）０（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｆｅｎｃｅｄｏｐｅｎ＝＇［＇ｃｌ学厚度。频率偏移、瑞利散射频谱能量、布里渊散射谱的半高宽以及布里渊频移，并依据米氏散射谱获取米氏散射谱能量；（７）依据中心频率偏移、瑞利散射频谱能量、布里渊散射谱的半高宽、布里渊频移和米氏散射谱能量计算出大气风场、气体密度、大气温度、气溶胶浓度及光）?（／ｍｔｒ）?（／ｍｔａｂｌｅ）?（／ｍｆｅｎｃｅｄ）?（ｍｏ），（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍａｔｈ）Ａ为瑞利权重系数，Ｂ为布里渊权重系数，Ｔ表示转置；（６）依据正布里渊散射谱反布里渊散射谱和瑞利散射谱ＶＲａｙｌ（ｖ）计算得到中心ｏｓｅ＝＇］＇）?（ｍｔａｂｌｅ）?（ｍｔｒ）?（ｍｔｄ）?（ｍｉ）Ａ（／ｍｉ）?（／ｍｔｄ）?（／ｍｔｒ）?（ｍｔｒ）?（ｍｔｄ）?（ｍｉ）Ｂ（／ｍｉ）?（／ｍｔｄ）?（／ｍｔｒ）?（ｍｔｒ）?（ｍｔｄ）?（ｍｉ）Ｂ（／ｍｉ）?（／ｍｔｄ...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄珺，马泳，梁琨，李皞，余寅，王盛青，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83
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