一種純轉動拉曼激光雷達系統(tǒng)常數(shù)的標定方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及激光雷達技術領域，尤其涉及一種純轉動拉曼激光雷達系統(tǒng)常數(shù)的標 定方法。
【背景技術】
[0002] 大氣溫度是大氣物理、天氣預報以及大氣環(huán)境研宄中一個重要的氣象參數(shù)。目前 比較常用的手段有氣球探空、衛(wèi)星反演和激光雷達探測。激光雷達在探測精度和空間分辨 率上的優(yōu)勢以及可以連續(xù)測量和定向測量等特點使其越來越受到科學技術人員的重視。目 前大氣溫度激光雷達系統(tǒng)常數(shù)采用的定標方案是定期采用無線電探空儀進行垂直定標，但 由于氣球探空成本較高和操作不便，激光雷達難以頻繁采用無線電探空儀進行定標修正。 同時空管部門對于探空氣球的釋放具有嚴格的時域和空域規(guī)定，此試驗實施上有一定難 度。探空氣球在空中橫向漂移比較嚴重，此時使用探空儀獲取的溫度廓線已經(jīng)不是嚴格意 義上的垂直廓線，對激光雷達溫度系統(tǒng)常數(shù)進行定標也有一定誤差，這些都會影響激光雷 達的應用。定標方法的局限性大大限制了大氣溫度激光雷達的實際應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種純轉動拉曼激光雷達系統(tǒng)常 數(shù)的標定方法。
[0004] 本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：
[0005] 一種純轉動拉曼激光雷達系統(tǒng)常數(shù)的標定方法，步驟如下：
[0006] 步驟1 :在晴朗無云，保證溫度差超過5攝氏度的夜晚，將激光雷達通過掃描系統(tǒng) 進行水平方向探測，保證發(fā)射和接收光束中沒有障礙物；
[0007] 步驟2 :在激光雷達水平探測路徑上放置溫度測量儀；
[0008] 步驟3 :調(diào)試好激光雷達信號后，將激光雷達和溫度測量儀同時進行測量，得到一 P (f.) 系列時間序列的數(shù)據(jù)T1Jti) ，p (廣).矛口 Timeter (ti)，其中 P1ot Ui)、，Phigh Ui)和 TTnieter (t)分 別代表在&時刻放置溫度測量儀位置的激光雷達低階通道信號、高階通道信號和溫度測量 儀測量得到的溫度數(shù)據(jù)；
[0009] 步驟4 :通過激光雷達測量信號與溫度測量儀測量得到的溫度進行擬合；
[0010] 激光雷達的溫度反演公式可表示為：
[0011] TLidar (ti) = f (ak, Q (ti)) k= 1,2,3··· (1)
[0012] 式中TudaJti)是測量地點&時刻的激光雷達反演的溫度值，f是反演函數(shù)，Q(t J 為測量地點&時刻的兩Raman通道比值，可以表示為(?(/,) = I#，ak為待定標的系數(shù)列， k表示系統(tǒng)常數(shù)的個數(shù)；溫度測量儀測量得到的溫度可以表示為TTmrtOT (tj ;不同時間序列 的溫度函數(shù)值的誤差達到最小值，最理想誤差為零，由最小二乘法原理，即要求定標區(qū)間內(nèi) m m 偏差總和Σ I = Σ (7Uda1 最小，此時可有方程組： i=l 1=1
【主權項】
1. 一種純轉動拉曼激光雷達系統(tǒng)常數(shù)的標定方法，其特征在于：步驟如下： 步驟1:將激光雷達通過掃描系統(tǒng)進行水平方向探測，保證發(fā)射和接收光束中沒有障 礙物； 步驟2 :在激光雷達水平探測路徑上放置溫度測量儀； 步驟3 :調(diào)試好激光雷達信號后，將激光雷達和溫度測量儀同時進行測量，得到一系列 時間序列的數(shù)據(jù)
其中p^aiLPh^ti)和wu分別代 表在&時刻放置溫度測量儀位置的激光雷達低階通道信號、高階通道信號和溫度測量儀測 量得到的溫度數(shù)據(jù)； 步驟4 :通過激光雷達測量信號與溫度測量儀測量得到的溫度進行擬合； 激光雷達的溫度反演公式可表示為： TLidar(ti) =f(ak.Q(ti))k=l，2,3... (1) 式中TYito(ti)是測量地點ti時刻的激光雷達反演的溫度值，f是反演函數(shù)，Q(ti)為測 量地點1^時刻的兩Raman通道比值，可以表示為
ak為待定標的系數(shù)列，k表 示系統(tǒng)常數(shù)的個數(shù)；溫度測量儀測量得到的溫度可以表示為;不同時間序列的溫 度函數(shù)值的誤差達到最小值，最理想誤差為零，由最小二乘法原理，即要求定標區(qū)間內(nèi)偏差 總3
1小，此時可有方程組：
(2) 當水平數(shù)據(jù)測量次數(shù)i大于系統(tǒng)常數(shù)個數(shù)k時，即可解得純轉動溫度測溫激光雷達的 全部系統(tǒng)常數(shù)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種純轉動拉曼激光雷達的標定方法，其特征在于：選取水 平測量方向為±5°。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種純轉動拉曼激光雷達的標定方法，其特征在于：選取測 量地點為距離激光雷達300-1000km保證較好的信噪比的范圍。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種純轉動拉曼激光雷達的標定方法，其特征在于：所述的 溫度測量儀距離激光雷達的光束0-50m之間。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種純轉動拉曼激光雷達系統(tǒng)常數(shù)的標定方法，激光雷達通過掃描系統(tǒng)進行水平方向探測，并在激光雷達水平探測路徑附近放置溫度測量儀，激光雷達和溫度測量儀同時進行測量。通過激光雷達測量信號與溫度測量儀測量得到的溫度進行擬合。當水平數(shù)據(jù)測量次數(shù)i大于系統(tǒng)常數(shù)個數(shù)k時，即可解得純轉動溫度測溫激光雷達的全部系統(tǒng)常數(shù)。本發(fā)明利用純轉動拉曼激光雷達獲得的水平拉曼散射信號和近地面的溫度測量儀數(shù)據(jù)即可標定激光雷達系統(tǒng)常數(shù)，避免了常規(guī)的探空氣球標定的時域變化差異，同時提高了標定方法的方便性，對于激光雷達的應用普及有很大的提升效果，它的反演精度高，適用范圍廣，可提高純轉動拉曼激光雷達適用性。
【IPC分類】G01S7-497
【公開號】CN104808194
【申請?zhí)枴緾N201510230774
【發(fā)明人】曹開法, 胡順星, 時東鋒, 苑克娥, 黃見
【申請人】中國科學院合肥物質科學研究院
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年5月7日