專利名稱：基于頻譜特征信號的多氣象參數(shù)同步測量方法及激光雷達的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光雷達領(lǐng)域，具體涉及ー種基于頻譜特征信號檢測的多氣象參 數(shù)同步測量激光雷達，用于檢測低空(0-30km)大氣風場、氣體密度、大氣溫度、氣溶膠濃 度、光學厚度。
背景技術(shù)：
大氣溫度、風速以及氣溶膠和氣體分子散射的光學特性對天氣數(shù)值預報、通量傳 輸研究和和動カ氣象研究都是至關(guān)重要的。數(shù)十年來，激光技術(shù)、信號探測和數(shù)據(jù)采集及其 控制技術(shù)的發(fā)展使激光雷達在對大氣氣象參數(shù)的探測高度、垂直跨度、空間分辨率、時間上 的連續(xù)監(jiān)測、測量精度等方面具有全面的優(yōu)勢，是其它探測手段很難比擬的。目前主要是采用多普勒激光雷達測量大氣風場，采用米氏散射激光雷達測量氣溶 膠光學特性，采用瑞利布里淵雷達或基于頻域濾波的拉曼雷達測量大氣溫度。以上激光雷 達都是通過測量光散射回波信號能量的方法進行氣象參數(shù)測量的。由于在時域上不能夠區(qū) 分各種散射回波信號，所以在需要獲得多個氣象參數(shù)吋，往往需要多個雷達聯(lián)合進行測量， 這樣就使得整體測量成本較為昂貴，此外在低空測量時由于米氏散射能量過大，除氣溶膠 光學特性外無法測量其它氣象參數(shù)，使得每個單獨體制的激光雷達功能受限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出ー種基于頻譜特征信號檢測的多氣象參數(shù)同步測量激光雷 達，通過獲取回波信號頻譜的檢測手段從而提取各種散射頻譜特征信息，進而實現(xiàn)對多參 數(shù)的同步測量?；陬l譜特征信號的多氣象參數(shù)同步測量方法，具體為(1)向空中發(fā)射準直脈沖激光，經(jīng)過大氣后向散射后形成激光回波信號；(2)激光回波信號經(jīng)過法布里珀羅標準具后發(fā)生等傾干涉形成同心干涉圓環(huán)；(3)檢測同心干涉圓環(huán)的光強度，對其作去卷積運算還原得到激光回波信號光 譜；(4)去除激光回波信號光譜中的米氏散射譜，得到瑞利布里淵散射譜Vkb ；(5)選用目標函數(shù)IZrb對瑞利布里淵散射譜Vkb進行曲線擬合，得到正布 里淵散射譜O)、反布里淵散射譜Uv)和瑞利散射-Vtoyl(V)，其中
權(quán)利要求
1.基于頻譜特征信號的多氣象參數(shù)同步測量方法，具體為(1)向空中發(fā)射準直脈沖激光，經(jīng)過大氣后向散射后形成激光回波信號；(2)激光回波信號經(jīng)過法布里珀羅標準具后發(fā)生等傾干涉形成同心干涉圓環(huán)；(3)檢測同心干涉圓環(huán)的光強度，對其作去卷積運算還原得到激光回波信號光譜；(4)去除激光回波信號光譜中的米氏散射譜，得到瑞利布里淵散射譜Veb；(5)選用目標函數(shù)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多氣象參數(shù)同步測量方法，其特征在干，所述 VBrill+(V)、VBrill-(V)、VRayl(v)為佛克脫Voigt函數(shù)或類佛克脫pseudo-Voigt函數(shù)或高斯函 數(shù)或洛倫茲函數(shù)。
3.實現(xiàn)權(quán)利要求1或2所述多氣象參數(shù)同步測量方法的激光雷達，包括激光發(fā)射系統(tǒng) (1)、激光接收系統(tǒng)(2)和信號采集和處理系統(tǒng)(3)，激光發(fā)射系統(tǒng)(1)包括激光器(101)、倍頻器(102)、分光器(103)、擴束鏡(104)和 光學發(fā)射器(105)，激光器(101)產(chǎn)生的激光依次通過倍頻器(102)、分光器(103)、擴束鏡 (104)和光學發(fā)射器(10 后向空中發(fā)射準直激光脈沖，經(jīng)過大氣后向散射形成激光回波 信號；激光接收系統(tǒng)( 包括望遠鏡(201)、擴束鏡(20 和光學濾波器003)，望遠鏡QOl) 接收的激光回波信號依次通過擴束鏡(20 和光學濾波器(20 形成同心干涉圓環(huán)，所述 光學濾波器為法布里珀羅標準具；信號采集和處理系統(tǒng)C3)包括光電探測器(301)和控制和處理單元(302)，光電探測 器(301)將同心干渉圓環(huán)從光信號轉(zhuǎn)換為電信號傳送給控制和處理單元(302)，控制和處 理單元(30 對同心干渉圓環(huán)進行處理得到氣象參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種基于頻譜特征信號的多氣象參數(shù)同步測量方法及激光雷達，從檢測到的激光回波信號頻譜提取各種散射頻譜特征信息，進而通過檢測譜信號中頻率的偏移反演大氣風場，通過檢測瑞利散射頻譜能量實現(xiàn)對氣體密度的檢測，通過檢測布里淵散射譜的半高寬或布里淵頻移實現(xiàn)對大氣溫度的檢測，通過檢測米氏散射譜能量實現(xiàn)氣溶膠濃度及光學厚度等特性的檢測，這樣解決了傳統(tǒng)時域激光雷達功能單一的缺陷，達到多參數(shù)同步測量，降低運行成本的目的。
文檔編號G01S17/95GK102288973SQ20111017828
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者余寅, 李皞, 梁琨, 王盛青, 馬泳, 黃珺 申請人:華中科技大學