一种实时标定差分光柱像运动激光雷达信标高度的方法
【专利摘要】本发明公开一种实时标定差分光柱像运动激光雷达信标高度的方法，首先利用探测器的门控功能和雷达起始探测高度激光信标成像的锐利边缘来实时标定激光信标高度与激光成像位置的关系；然后统计其他高度激光束在焦平面的成像位置与起始探测高度激光成像锐利边缘的间距，利用物像关系根据成像间距计算其他高度激光束的对应高度。本发明能够实时标定激光信标的对应高度，标定过程不需要有云的天气并且能够有效克服仪器抖动对信标高度标定的影响。
【专利说明】 一种实时标定差分光柱像运动激光雷达信标高度的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学标定方法领域，具体是一种实时标定差分光柱像运动激光雷达信标高度的方法。
【背景技术】
[0002]差分光柱像运动雷达以倾斜焦平面同时对较大高度范围的激光束连续成像，通过统计不同高度的激光束在探测器成像的差分抖动大小来测量大气相干长度廓线。由于不同高度的激光束在焦平面连续成像，因此需要知道激光束的高度与激光束在探测器的成像位置对应关系。如何准确确定探测高度范围内的激光束高度与成像位置的关系是差分光柱像运动激光雷达测量大气相干长度廓线的一个关键环节。现有报道的差分光柱像运动雷达标定信标高度的方式为，在有云的天气条件下利用云层的高度来标定接收望远镜的初始仰角，然后降低望远镜仰角测量云层以下的激光束；该标定方法实时性差，受限于天气条件(需要在有云的天气条件标定望远镜的初始仰角)，而且要求发射激光束和接收望远镜轴线的夹角相对稳定，容易受仪器抖动特别是接收望远镜抖动的干扰。差分光柱像运动雷达的优势是实时测量湍流廓线；在仪器受到外力(机械振动、风力等)干扰而抖动时需要实时确定激光束成像的对应高度。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种实时标定差分光柱像运动激光雷达信标高度的方法，利用激光束在焦面成像的物像关系、激光束在焦平面的成像特征和探测器开始探测脉冲激光的延迟时间大小，雷达系统实现了实时标定一定高度范围的激光信标的高度，并且能够有效克服仪器抖动对标定激光信标高度的影响。
[0004]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:
[0005]一种实时标定差分光柱像运动激光雷达信标高度的方法，其特征在于:包括以下步骤:
[0006](I)、利用探测器的门控功能来确定雷达的起始探测高度，结合起始探测高度激光束在焦平面成像的锐利边缘来实时标定信标高度与信标成像的位置关系:利用探测器的门控功能实时标定激光束的高度，并且使激光束在探测器的成像边缘锐利，然后利用探测器成像的锐利边缘来确定激光束在倾斜焦平面的开始成像位置，实现激光束起始探测高度与对应成像位置的实时标定；
[0007](2)、利用不同高度激光束在焦平面成像的相对位置，根据物像关系来确定起始探测高度以上的激光束对应高度:根据物像关系不同高度的激光束在焦平面的成像有固定的位置坐标关系，以起始高度激光束在探测器成像的锐利边缘为参照点，利用其他成像位置与参照点的距离大小，并结合探测器倾斜安装角来计算成像位置的坐标，利用成像位置的坐标结合物像关系得到在该位置成像的信标对应高度，进而得到大气相干长度的对应高度。
[0008]本发明优点为:
[0009](I)、利用探测器的门控功能和雷达起始探测高度激光信标成像的锐利边缘来实时标定激光信标高度与激光成像位置的关系；该创新点能够有效克服仪器抖动对信标高度标定的影响，并且标定过程不需要有云层的天气。
[0010](2)、统计其他高度激光束在焦平面的成像位置与起始探测高度激光成像锐利边缘的间距，利用物像关系计算其他高度激光束的对应高度；该创新点能够实时标定激光信标的对应闻度。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为差分光柱像运动雷达彳目标闻度标定方法不意图。
[0012]图2为利用物像关系标定/[目标闻度不意图。
【具体实施方式】
[0013]一种实时标定差分光柱像运动激光雷达信标高度的方法，包括以下步骤:
[0014](I)、利用探测器的门控功能来确定雷达的起始探测高度，结合起始探测高度激光束在焦平面成像的锐利边缘来实时标定信标高度与信标成像的位置关系:利用探测器的门控功能实时标定激光束的高度，并且使激光束在探测器的成像边缘锐利，然后利用探测器成像的锐利边缘来确定激光束在倾斜焦平面的开始成像位置，实现激光束起始探测高度与对应成像位置的实时标定；
[0015](2)、利用不同高度激光束在焦平面成像的相对位置，根据物像关系来确定起始探测高度以上的激光束对应高度:根据物像关系不同高度的激光束在焦平面的成像有固定的位置坐标关系，以起始高度激光束在探测器成像的锐利边缘为参照点，利用其他成像位置与参照点的距离大小，并结合探测器倾斜安装角来计算成像位置的坐标，利用成像位置的坐标结合物像关系得到在该位置成像的信标对应高度，进而得到大气相干长度的对应高度。
[0016]差分光柱像运动雷达实时标定信标高度方法的示意图如附图1所示。以激光束竖直向上的方向为Z轴正方向，以激光发射系统I和接收系统2的水平连线方向为X轴正方向。激光发射系统I产生的激光被接收系统2接收，一定高度范围的激光束3作为信标在探测器的倾斜探测面4连续成像，不同的成像位置对应的激光束高度是不同的。雷达系统的起始探测高度5通过探测器的门控功能利用延迟时间与光速来计算；雷达系统的其他探测高度6的标定方法为，探测器的门控功能使激光信标在倾斜探测面4的成像有锐利的边缘7，成像边缘7用来确定激光束在倾斜探测面成像的起始位置，该位置与起始探测高度5用来实时标定信标高度与信标成像的位置关系。在实时标定了激光信标起始高度5与对应成像位置7的关系后，利用激光信标3上其他高度6的激光在倾斜焦平面的成像位置8与成像边缘7的间距9根据物像关系来实时标定起始探测高度以上的激光束对应高度。
[0017]利用物像关系实时标定雷达起始探测高度以上激光束的对应高度的示意图如附图2所示。激光束从高度zB，2开始作为信标在差分光柱像运动雷达的倾斜焦平面成像。根据相似三角形原理，一定高度Zb的信标在焦平面成像位置坐标(XdZi)与系统参数的关系为:
【权利要求】
1.一种实时标定差分光柱像运动激光雷达信标高度的方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)、利用探测器的门控功能来确定雷达的起始探测高度，结合起始探测高度激光束在焦平面成像的锐利边缘来实时标定信标高度与信标成像的位置关系:利用探测器的门控功能实时标定激光束的高度，利用探测器成像的锐利边缘来确定激光束在倾斜焦平面的开始成像位置，实现激光束起始探测高度与对应成像位置的实时标定； (2)、统计不同高度激光束在焦平面成像的相对位置，根据物像关系来确定起始探测高度以上的激光束对应高度:根据物像关系不同高度的激光束在焦平面的成像有固定的位置坐标关系，以起始高度激光束在探测器成像的锐利边缘为参照点，利用其他成像位置与参照点的距离大小，并结合探测器倾斜安装角来计算成像位置的坐标；利用成像位置的坐标结合物像关系得到在该位置成像的信标对应高度，进而得到大气相干长度的对应高度。
【文档编号】G01S7/497GK104199012SQ201410395021
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月12日 优先权日:2014年8月12日
【发明者】靖旭, 王英俭, 侯再红, 程知, 秦来安, 谭逢富, 何枫, 吴毅 申请人:中国科学院合肥物质科学研究院