[發(fā)明專利]通過激光雷達(dá)反向散射中的統(tǒng)計波動的大液滴檢測有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201410280355.0 | 申請日： | 2014-06-20 |
| 公開（公告）號： | CN104237083B | 公開（公告）日： | 2019-06-04 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | M.雷;K.J.安德森;M.S.米勒 | 申請（專利權(quán)）人： | 羅斯蒙特航天公司 |
| 主分類號： | G01N15/02 | 分類號： | G01N15/02 |
| 代理公司： | 中國專利代理(香港)有限公司 72001 | 代理人： | 馬紅梅;陳嵐 |
| 地址： | 美國明*** | 國省代碼： | 美國;US |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 通過 激光雷達(dá) 反向 散射 中的 統(tǒng)計 波動 大液滴 檢測 | ||
一種光學(xué)檢測大氣中雙峰液滴粒度分布的存在的方法。所述方法包括監(jiān)視從導(dǎo)入云中的一系列脈沖激光束接收的反向散射信號中的統(tǒng)計波動以及分析所述反向散射信號的波動的所述統(tǒng)計值以識別較大直徑液滴的存在。
發(fā)明背景
1.技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及傳感器，例如在飛機(jī)上的飛行傳感器，并且更具體來說涉及檢測具有雙峰液滴粒度分布的云。
2.相關(guān)技術(shù)描述
檢測機(jī)載液滴及其根據(jù)液滴粒度的分類是在飛機(jī)上的飛行傳感器的重要功能。大液滴雖然在數(shù)量上比較小的液滴少得多，但是對于飛機(jī)結(jié)冰存在較大威脅。檢測結(jié)冰云中的雙峰液滴粒度分布的能力對于飛機(jī)結(jié)冰條件傳感器是重要的。
光冰探測器(OID)是機(jī)載結(jié)冰條件傳感器的實例，其具有兩個不同波長(例如905nm和1550nm)的脈沖激光束。當(dāng)將激光束導(dǎo)入云中時，分析來自液滴的反向散射的所接收的激光回波以估算中值體積直徑(MVD)、最大液滴直徑(Dmax)和云的液態(tài)水含量(LWC)。每個激光脈沖一次采樣許多不同的液滴粒度并且產(chǎn)生復(fù)合反向散射信號。用于將結(jié)冰云分類的當(dāng)前方案是測量兩個顏色比率(在905nm與在1550nm的反向散射光的強(qiáng)度的比率)、在905nm的光學(xué)消光系數(shù)和激光雷達(dá)比率(在905nm的光學(xué)消光與反向散射的比率)。
這三個測量值很好地用于將具有單一模式液滴粒度分布的云分類。然而，自然產(chǎn)生的云中的液滴粒度分布常常是雙峰的，這主要歸因于液滴凝聚。模式中的一個發(fā)生在小液滴直徑(～10至20μm)，而較大的液滴根據(jù)云的性質(zhì)在大于～40μm直徑產(chǎn)生第二模式。因為小液滴更多，所以小液滴(無論其較小的橫截面積)比大液滴產(chǎn)生更多的復(fù)合消光和反向散射。結(jié)果是即使雙峰云中的較少的大液滴可以占總液態(tài)水含量的相當(dāng)大的部分，消光、兩個顏色比率和激光雷達(dá)比率還是由來自小液滴的散射控制。因此，本領(lǐng)域中仍需改進(jìn)的系統(tǒng)和方法用于確定具有雙峰液滴粒度分布的云中的大液滴的存在。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及使用光冰探測器(OID)檢測云內(nèi)的雙峰液滴粒度分布的新的和有用的方法。
在本發(fā)明的一個方面中，公開了一種光學(xué)檢測大氣中雙峰液滴粒度分布的存在的方法。該方法包括監(jiān)視從導(dǎo)入云中的一系列脈沖激光束接收的反向散射信號中的統(tǒng)計波動以及分析反向散射信號的波動的統(tǒng)計值以識別較大直徑液滴的存在。分析的步驟可包括計算反向散射信號的波動的特性大小并且識別大于通常用于單模小液滴云的反向散射信號的波動的那些以確定云是否存在雙峰液滴粒度分布。該方法還可包括引導(dǎo)波長在905nm和1550nm的脈沖激光束。計算的步驟還可包括通過光學(xué)接收器從激光束接收反向散射信號。
在本發(fā)明的另一個方面中，公開了一種光學(xué)檢測云內(nèi)的雙峰液滴粒度分布的方法。首先，該方法包括將激光束導(dǎo)入云的空間體積。接著，測量從激光束接收的反向散射信號。監(jiān)視反向散射信號中的統(tǒng)計波動并且計算來自被照明的云的平均反向散射信號。最后，識別超出閾值的反向散射信號波動以確定云的液滴粒度分布內(nèi)的大液滴第二模式的存在。
在本發(fā)明的另一個方面中，識別大于40μm的第二液滴直徑模式的存在。
在本發(fā)明的又一個方面中，發(fā)射波長在905nm和1550nm的脈沖激光束。
在本發(fā)明的另一個方面中，通過光學(xué)接收器接收對應(yīng)于激光束的反向散射信號。
在本發(fā)明的另一個方面中，公開了一種光學(xué)檢測云內(nèi)的雙峰液滴粒度分布的裝置。該裝置包括被配置成將激光束導(dǎo)入云中的激光系統(tǒng)以及被配置成測量從激光束接收的反向散射信號的光學(xué)接收器。處理器被配置成分析被照明的云的體積內(nèi)的反向散射信號的波動的統(tǒng)計值以區(qū)分具有雙峰液滴粒度分布的云與具有單模粒度分布的云。該處理器被配置成計算反向散射信號的平均值并且識別超出閾值的反向散射信號的波動以確定在液滴直徑分布中的大液滴的第二模式的存在。激光系統(tǒng)可發(fā)射波長在905nm和1550nm的脈沖激光束。
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