[實(shí)用新型]一種用于云量觀測的旋轉(zhuǎn)式激光云高儀

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320209956.3
• 申請(qǐng)日: 2013-04-24
• 公開（公告）號(hào): CN203204155U
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 卜令兵;高愛臻;郜海陽;黃興友;袁靜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京信息工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S17/95
• 分類號(hào): G01S17/95;G01S7/481
• 代理公司: 南京匯盛專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32238
• 代理人: 張立榮

技術(shù)領(lǐng)域：

本實(shí)用新型涉及一種用于云量觀測的旋轉(zhuǎn)式激光云高儀，屬激光雷達(dá)、激光大氣探測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù):

云是懸浮在大氣中的大量小水滴和(或)?冰晶微粒組成的可見聚合體，對(duì)地氣系統(tǒng)的輻射平衡、熱量平衡和溫濕平衡發(fā)揮著重要的作用，參與多種正負(fù)反饋過程，在大氣輻射傳輸以及降水的形成都有著極其重要的作用，當(dāng)然這里面少不了云高、云量的影響，因此了解云量的分布規(guī)律和特征，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論價(jià)值。目前,?云已經(jīng)成為全球氣候模型中最重要的也是最難確定的氣象要素之一,云量云高變化都是是描述云的重要參數(shù)。云在地氣系統(tǒng)的輻射平衡、云產(chǎn)生的降水對(duì)人類活動(dòng)有重要影響,?因此對(duì)云的不斷深入研究有著重要的意義。

就云的地面觀測而言，目前在氣象觀測中，云高、云量主要是通過人工目測確定。人工觀測結(jié)果受到各種主、客觀因素的影響，觀測精度和數(shù)據(jù)的的連續(xù)性上得不到保證，因此，云高、云量的儀器觀測代替人工觀測是云觀測的發(fā)展趨勢。目前，前獲取云高的方法是固定天頂角式激光云高儀，云量的測量主要使用全天空成像設(shè)備，但一個(gè)氣象觀測臺(tái)站既使用兩套設(shè)備去觀測云增加了建設(shè)成本，因此，中國氣象局要求激光云高儀同時(shí)輸出云量。由于固定天頂角式激光云高儀對(duì)云的取樣較少基本不太可能得到較好的測量效果。另外激光云高儀積分云量對(duì)天空狀況要求較高，要在均一無起伏穩(wěn)定的情況下進(jìn)行云量積分，主要通過判斷云高有無來確定云量，其算法過程和應(yīng)用還要進(jìn)一步研究。對(duì)于未通過發(fā)射器頂部的云無法給出正確結(jié)果，存在較大局限性。

基于觀測員本身的主觀判斷以及云的不規(guī)則原因，有人也提出了一種激光云高儀云量自動(dòng)反演算法，算法以激光云高儀單點(diǎn)測量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)構(gòu)造一個(gè)關(guān)于時(shí)間和云層高度的二維圖像，按照云層所占用的時(shí)間比率進(jìn)行反演計(jì)算云量。對(duì)比實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明，算法能較為準(zhǔn)確地反演出云量信息，對(duì)激光云高儀具有實(shí)用價(jià)值。氣象局還會(huì)考核紅外測云儀，用于云量的考核。但是可見光方式探測云量多多少少會(huì)受到大氣能見度影響較大見。

我們知道云量測量的基本原理是：將激光云高儀垂直放置，按照一定的距離分辨率Δｚ和時(shí)間分辨率Δｔ采集激光云高儀回波信號(hào)，然后對(duì)采集到的原始信號(hào)進(jìn)行處理，通過對(duì)云連續(xù)地探測，按照云層所占用的時(shí)間比率進(jìn)行反演計(jì)算云量，并假設(shè)這些時(shí)間的平均結(jié)果代表測量點(diǎn)周圍的空間狀況。而旋裝式激光云高儀恰好可以對(duì)云連續(xù)的探測，從而增加對(duì)天空中云的取樣，在原有對(duì)云高測量的基礎(chǔ)上增加對(duì)云量測量的功能。另外可編程式的就可以控制旋轉(zhuǎn)方式和數(shù)據(jù)采集方式，對(duì)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行反演，就可以得出所測云量。

另外如果為了同時(shí)測量云高、云量而在同一個(gè)站點(diǎn)同時(shí)配置激光云高儀和紅外測云儀，成本代價(jià)很高。申請(qǐng)人尚未查到同時(shí)測量云高和云量的氣象系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容：

本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種用于云量觀測旋轉(zhuǎn)式激光云高儀。將固定天頂角改為在一定立體空間角內(nèi)旋轉(zhuǎn)發(fā)射和接收系統(tǒng)，對(duì)不同位置的云進(jìn)行取樣。旋轉(zhuǎn)式激光云高儀可以增加對(duì)天空中云的取樣，提高對(duì)云量的觀測精度，使用一臺(tái)激光云高儀，可以實(shí)現(xiàn)云高、云量兩個(gè)基本參數(shù)的觀測。

本實(shí)用新型的目的是通過以下措施實(shí)現(xiàn)的：

用于云量觀測的旋轉(zhuǎn)式激光云高儀，包括激光發(fā)射系統(tǒng)和激光接收系統(tǒng)，激光發(fā)射系統(tǒng)包括激光器和擴(kuò)束鏡，激光接收系統(tǒng)包括望遠(yuǎn)鏡、凸透鏡、窄帶濾波片和光電倍增管，所述凸透鏡、窄帶濾波片和光電倍增管安裝在望遠(yuǎn)鏡的鏡筒內(nèi)，激光器和擴(kuò)束鏡安裝在望遠(yuǎn)鏡的鏡筒外壁上，其特征是：還包括底部支架、轉(zhuǎn)軸、第一電機(jī)和第二電機(jī)；所述望遠(yuǎn)的鏡筒與所述轉(zhuǎn)軸固定相連，該轉(zhuǎn)軸兩端通過軸承座架設(shè)在底部支架上，該轉(zhuǎn)軸與第一電機(jī)傳動(dòng)連接，第一電機(jī)安裝在底部支架上；底部支架與第二電機(jī)傳動(dòng)連接。

所激光接收系統(tǒng)還包括光子計(jì)數(shù)卡和計(jì)算機(jī)單元。

所述第一、第二電機(jī)采用MD-2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，兩電機(jī)分別經(jīng)C-4驅(qū)動(dòng)器與計(jì)算機(jī)單元相連。

所述光子計(jì)數(shù)卡采用P7882雙通道光子計(jì)數(shù)卡。

所述望遠(yuǎn)鏡采用Meade?LX200望遠(yuǎn)鏡。

底部支架通過軸套或其它方式與第二電機(jī)傳動(dòng)連接。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點(diǎn)在于：

1、實(shí)現(xiàn)對(duì)云高云量的同時(shí)有效的探測，填補(bǔ)國內(nèi)改技術(shù)探測的空白；

2、對(duì)云量的探測帶來方便和改進(jìn)。

3、可以改變?cè)屑夹g(shù)同時(shí)測云量云高成本高的的缺點(diǎn)，節(jié)約物資。

4、本實(shí)用新型可以實(shí)施全天候無人值守監(jiān)控，節(jié)約人力和物力。

本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下：