1.一种基于浮标的海洋云高长期在线监测装置,其特征在于包括浮标(4)、该浮标(4)上安装有激光云高仪(2),所述的激光云高仪(2)还连接有浮标姿态测量模块(1)、云高修正补偿模块(3)、通讯模块(8)和气象水文观测子系统(9);
所述浮标(4)用于安装激光云高仪(2)、浮标姿态测量模块(1)、气象水文观测子系统(9)、通讯模块(8),并为各装置提供电源;
所述激光云高仪(2)的镜头前设有滤光片,所述滤光片采用905nm半带宽2nm的窄带干涉滤光片,置于激光云高仪(2)的接收透镜与光电探测器之间;激光云高仪(2)向上空发射波长为905nm的近红外波段激光脉冲;
所述激光云高仪(2包括全密封的壳体,壳体具有倾斜的上表面,且上表面设有两个透镜窗口(22);并在透镜窗口(22)外设有全自动电刷,以实现按照设定时间对镜头进行清理;
所述浮标姿态测量模块(1)为高精度姿态测量仪,用于测量浮标平台的艏向、横滚和纵摇的姿态参数,
所述气象水文观测子系统(9),用于观测浮标布放海域的包括风速风向、近海面的温度、湿度、压强和波浪、海流在内的常规气象水文参数,为海上激光云高观测提供综合海洋环境参考;
所述云高修正补偿模块(3),根据云高仪(2)的姿态参数,实现云高观测的修正和补偿,
所述通讯模块(8),用于将观测的云高、云厚和常规气象水文环境参数进行编码,并通过常规通讯方式传输到岸上数据接收处理中心,供用户使用。
2.如权利要求1所述的基于浮标的海洋云高长期在线监测装置,其特征在于所述电源采样太阳能电池板和蓄电池相结合的方式。
3.如权利要求1所述的基于浮标的海洋云高长期在线监测装置,其特征在于所述全自动电刷系统包括电刷驱动电机(24),电机(24)的转轴(21)前端通过铰链部件连接电刷(25),通过电机(24)驱动电刷在透镜窗口(22)上往复清扫。
4.如权利要求1所述的基于浮标的海洋云高长期在线监测装置,其特征在于所述电刷驱动电机(24)采用36HSY型低功耗步进电机;所述电刷(25)采用小型多功能雨刷。
5.如权利要求1所述的基于浮标的海洋云高长期在线监测装置,其特征在于所述浮标姿态测量模块(1)采用XW-GI5651型高精度姿态测量仪。
6.利用权利要求1所述装置进行海洋云高长期在线监测的方法,其特征在于包括以下步骤:
第一步、初始化激光云高仪(2),设置激光云高仪(2)的探测高度、空间分辨率和数据更新率参数;
第二步、通过浮标姿态测量模块(1)得到固定在浮标上的云高仪(2)的艏向、横滚和纵摇的姿态参数;同时,通过的海洋气象水文观测子系统(9),获得包括浮标布放海域的风速风向、近海面的温度、湿度、压强和波浪、海流在内的常规气象水文参数;
第三步、激光云高仪(2)发射快速、低能量的激光脉冲到大气中,探测器部分接收上方自云和气溶胶的后向散射激光信号,通过高灵敏度的光电接收器(23)将光信号转换为电信号,被高速光子计数器采集后存入微处理机,进而计算出云高、云厚信息;
第四步、云高修正补偿模块(3)根据第二步得到的激光云高仪的艏向、横滚和纵摇的姿态参数对第三步得到的云量信息进行补偿,进而得到浮标平台上空的实际云高、云厚参数;
第五步、通讯模块(8)将上述的云高、云厚参数及常规海洋气象水文参数进行编码,并通过通信天线发送至岸上数据接收处理中心,供用户使用。
7.如权利要求6所述的海洋云高长期在线监测的方法,其特征在于上述步骤三、四中的云高测量与补偿方法如下:
利用下列云高测量公式直接测量云高:
式中h’—直接测量云高;
Pr—光探测器上的回波功率;
Pt—激光器发射的激光脉冲功率;
Ar—接收光学系统的有效面积;
Kt—发射光学系统的透过率;
Kr—接收光学系统的透过率;
ρ—云体的反射系数;
Ta2—双程大气透过率;
aT—发射光学系统的发散角损失系数;
对于一台激光云高仪,接收光学系统的有效面积Ar、发射和接收光学系统的透过率Kt和Kr、发射光学系统的发散角损失系数aT为已知值,激光器发射的激光脉冲功率Pt也可确定,根据激光云高仪使用当地的地理位置和气象情况,可以确定云体的反射系数ρ和双程大气透过率Ta2,并且可以根据浮标上常规气象水文观测子系统的测量值进行修正,因此,只要检测到光探测器上的回波功率Pr,带入公式可以求得云高仪直接测量的云高数值;
由浮标姿态测量模块(1)的横滚、纵摇姿态参数,在三维空间合成激光云高仪(2)激光偏离垂直向上轴的偏移角θ,则浮标晃动时的云高实际值h=h’×cosθ,实现云高观测的修正和补偿;h表示经过补偿之后的实际云高值。