一种纯转动拉曼激光雷达系统常数的标定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种纯转动拉曼激光雷达系统常数的标 定方法。
【背景技术】
[0002] 大气温度是大气物理、天气预报以及大气环境研宄中一个重要的气象参数。目前 比较常用的手段有气球探空、卫星反演和激光雷达探测。激光雷达在探测精度和空间分辨 率上的优势以及可以连续测量和定向测量等特点使其越来越受到科学技术人员的重视。目 前大气温度激光雷达系统常数采用的定标方案是定期采用无线电探空仪进行垂直定标，但 由于气球探空成本较高和操作不便，激光雷达难以频繁采用无线电探空仪进行定标修正。 同时空管部门对于探空气球的释放具有严格的时域和空域规定，此试验实施上有一定难 度。探空气球在空中横向漂移比较严重，此时使用探空仪获取的温度廓线已经不是严格意 义上的垂直廓线，对激光雷达温度系统常数进行定标也有一定误差，这些都会影响激光雷 达的应用。定标方法的局限性大大限制了大气温度激光雷达的实际应用。
【发明内容】
[0003] 本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种纯转动拉曼激光雷达系统常 数的标定方法。
[0004] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0005] 一种纯转动拉曼激光雷达系统常数的标定方法，步骤如下：
[0006] 步骤1 :在晴朗无云，保证温度差超过5摄氏度的夜晚，将激光雷达通过扫描系统 进行水平方向探测，保证发射和接收光束中没有障碍物；
[0007] 步骤2 :在激光雷达水平探测路径上放置温度测量仪；
[0008] 步骤3 :调试好激光雷达信号后，将激光雷达和温度测量仪同时进行测量，得到一 P (f.) 系列时间序列的数据T1Jti) ，p (广).矛口 Timeter (ti)，其中 P1ot Ui)、，Phigh Ui)和 TTnieter (t)分 别代表在&时刻放置温度测量仪位置的激光雷达低阶通道信号、高阶通道信号和温度测量 仪测量得到的温度数据；
[0009] 步骤4 :通过激光雷达测量信号与温度测量仪测量得到的温度进行拟合；
[0010] 激光雷达的温度反演公式可表示为：
[0011] TLidar (ti) = f (ak, Q (ti)) k= 1,2,3··· (1)
[0012] 式中TudaJti)是测量地点&时刻的激光雷达反演的温度值，f是反演函数，Q(t J 为测量地点&时刻的两Raman通道比值，可以表示为(?(/,) = I#，ak为待定标的系数列， k表示系统常数的个数；温度测量仪测量得到的温度可以表示为TTmrtOT (tj ;不同时间序列 的温度函数值的误差达到最小值，最理想误差为零，由最小二乘法原理，即要求定标区间内 m m 偏差总和Σ I = Σ (7Uda1 最小，此时可有方程组： i=l 1=1
【主权项】
1. 一种纯转动拉曼激光雷达系统常数的标定方法，其特征在于：步骤如下： 步骤1:将激光雷达通过扫描系统进行水平方向探测，保证发射和接收光束中没有障 碍物； 步骤2 :在激光雷达水平探测路径上放置温度测量仪； 步骤3 :调试好激光雷达信号后，将激光雷达和温度测量仪同时进行测量，得到一系列 时间序列的数据
其中p^aiLPh^ti)和wu分别代 表在&时刻放置温度测量仪位置的激光雷达低阶通道信号、高阶通道信号和温度测量仪测 量得到的温度数据； 步骤4 :通过激光雷达测量信号与温度测量仪测量得到的温度进行拟合； 激光雷达的温度反演公式可表示为： TLidar(ti) =f(ak.Q(ti))k=l，2,3... (1) 式中TYito(ti)是测量地点ti时刻的激光雷达反演的温度值，f是反演函数，Q(ti)为测 量地点1^时刻的两Raman通道比值，可以表示为
ak为待定标的系数列，k表 示系统常数的个数；温度测量仪测量得到的温度可以表示为;不同时间序列的温 度函数值的误差达到最小值，最理想误差为零，由最小二乘法原理，即要求定标区间内偏差 总3
1小，此时可有方程组：
(2) 当水平数据测量次数i大于系统常数个数k时，即可解得纯转动温度测温激光雷达的 全部系统常数。
2. 根据权利要求1所述的一种纯转动拉曼激光雷达的标定方法，其特征在于：选取水 平测量方向为±5°。
3. 根据权利要求1所述的一种纯转动拉曼激光雷达的标定方法，其特征在于：选取测 量地点为距离激光雷达300-1000km保证较好的信噪比的范围。
4. 根据权利要求1所述的一种纯转动拉曼激光雷达的标定方法，其特征在于：所述的 温度测量仪距离激光雷达的光束0-50m之间。
【专利摘要】本发明公开了一种纯转动拉曼激光雷达系统常数的标定方法，激光雷达通过扫描系统进行水平方向探测，并在激光雷达水平探测路径附近放置温度测量仪，激光雷达和温度测量仪同时进行测量。通过激光雷达测量信号与温度测量仪测量得到的温度进行拟合。当水平数据测量次数i大于系统常数个数k时，即可解得纯转动温度测温激光雷达的全部系统常数。本发明利用纯转动拉曼激光雷达获得的水平拉曼散射信号和近地面的温度测量仪数据即可标定激光雷达系统常数，避免了常规的探空气球标定的时域变化差异，同时提高了标定方法的方便性，对于激光雷达的应用普及有很大的提升效果，它的反演精度高，适用范围广，可提高纯转动拉曼激光雷达适用性。
【IPC分类】G01S7-497
【公开号】CN104808194
【申请号】CN201510230774
【发明人】曹开法, 胡顺星, 时东锋, 苑克娥, 黄见
【申请人】中国科学院合肥物质科学研究院
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年5月7日