[發(fā)明專(zhuān)利]考慮多次散射的激光大氣透射儀能見(jiàn)度測(cè)量系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510348622.8
• 申請(qǐng)日: 2015-06-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104897620B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-11-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 熊興隆;劉春媛;蔣立輝;李猛;臺(tái)宏達(dá)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)民航大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N21/61
• 分類(lèi)號(hào): G01N21/61
• 代理公司: 天津盛理知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司12209
• 代理人: 劉玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及能見(jiàn)度探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種考慮多次散射的激光大氣透射儀能見(jiàn)度測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量方法。

背景技術(shù)

大氣能見(jiàn)度是從目標(biāo)物能否被看到和辨認(rèn)的角度，用距離描述大氣透明程度(或渾濁程度)的物理量。國(guó)際民航組織(ICAO)對(duì)能見(jiàn)度給出的定義是：當(dāng)在明亮的背景下觀測(cè)時(shí)，能夠看到和辨認(rèn)出位于近地面的適當(dāng)尺寸的黑色目標(biāo)物的最大距離；在無(wú)光背景下，能夠看到和辨認(rèn)出光強(qiáng)為1K色溫左右的燈光的最大距離。國(guó)外自確立Koschmieder定律后，就開(kāi)始致力于能見(jiàn)度測(cè)量技術(shù)的研究。透射儀是較早發(fā)明的能見(jiàn)度測(cè)量?jī)x器，目前主要應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)的能見(jiàn)度自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)的RVR測(cè)量。

早在20世紀(jì)80年代，國(guó)內(nèi)就對(duì)透射法測(cè)量能見(jiàn)度進(jìn)行了研究。長(zhǎng)春氣象儀器研究所首先研制出透射式能見(jiàn)度儀——TS型透射表，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域的空白。四川成都虹岳科技有限公司研發(fā)了透射式能見(jiàn)度檢測(cè)儀HY-VT100及其他型號(hào)，相比國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品，該儀器價(jià)格適中、注重實(shí)用，在一些特定場(chǎng)合，比如隧道及一些公路得到了一定的應(yīng)用。透射儀的工作原理是：基于樣本大氣的透過(guò)率測(cè)量，計(jì)算出大氣消光系數(shù)，反演得出大氣能見(jiàn)度。透射法測(cè)能見(jiàn)度，無(wú)需對(duì)大氣作均勻假設(shè)，而是直接對(duì)大氣透過(guò)率進(jìn)行探測(cè)。嚴(yán)格意義上講，用透射法測(cè)量得到的大氣消光系數(shù)比散射法更為準(zhǔn)確。但是，在雨、霧等低能見(jiàn)度天氣條件下，由于霧滴、雨滴粒子尺度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于探測(cè)激光波長(zhǎng)，產(chǎn)生嚴(yán)重的多次散射現(xiàn)象，其影響不容忽視。透射儀測(cè)量能見(jiàn)度時(shí)，到達(dá)接收機(jī)的光束包含原發(fā)射光束、單次散射光和多次散射光。能見(jiàn)度測(cè)量原理比爾朗伯(Bouguer-Lambert)定律適用于僅考慮單次散射條件的情況。低能見(jiàn)度條件下，多次散射現(xiàn)象嚴(yán)重，運(yùn)用Bouguer-Lambert定律會(huì)引起較大誤差。因此激光大氣透射儀測(cè)量能見(jiàn)度時(shí)需考慮多次散射。

目前國(guó)內(nèi)外的的透射儀產(chǎn)品只是針對(duì)雜散光進(jìn)行抑制，并未針對(duì)光源自身產(chǎn)生的多次散射現(xiàn)象進(jìn)行研究。本發(fā)明給出了考慮多次散射的激光大氣透射儀能見(jiàn)度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，本發(fā)明提供一種考慮多次散射的激光大氣透射儀能見(jiàn)度測(cè)量系統(tǒng)，其可應(yīng)用于低能見(jiàn)度條件下，多次散射現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)，能見(jiàn)度、MOR以及RVR測(cè)量，可降低低能見(jiàn)度時(shí)多次散射對(duì)能見(jiàn)度測(cè)量精度的影響。

本發(fā)明還提供一種考慮多次散射的激光大氣透射儀能見(jiàn)度測(cè)量方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種考慮多次散射的激光大氣透射儀能見(jiàn)度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：包括發(fā)射機(jī)單元和接收機(jī)單元，所述發(fā)射機(jī)單元主要由激光器和發(fā)射透鏡組成；所述接收機(jī)單元由兩個(gè)以上接收機(jī)構(gòu)成，該兩個(gè)以上接收機(jī)的位置對(duì)應(yīng)于各自長(zhǎng)度的基線(xiàn)，該兩個(gè)以上接收機(jī)的各自長(zhǎng)度的基線(xiàn)之間具有夾角；所述接收機(jī)主要由接收透鏡、可調(diào)節(jié)的視場(chǎng)光闌、透鏡、帶通濾光鏡、聚光鏡和光學(xué)傳感器組成；所述發(fā)射機(jī)可在接收機(jī)的各自長(zhǎng)度的基線(xiàn)夾角范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。

而且，所述的接收機(jī)單元由第一接收機(jī)及第二接收機(jī)構(gòu)成，該兩臺(tái)接收機(jī)分別對(duì)應(yīng)安裝于第一長(zhǎng)度基線(xiàn)及第二長(zhǎng)度基線(xiàn)，該第一長(zhǎng)度基線(xiàn)及第二長(zhǎng)度基線(xiàn)之間具有夾角。

而且，所述的第一長(zhǎng)度基線(xiàn)的長(zhǎng)度為30m，所述第二長(zhǎng)度基線(xiàn)的長(zhǎng)度為75m。

一種考慮多次散射的激光大氣透射儀能見(jiàn)度測(cè)量方法，其特征在于：包括如下步驟：

⑴.系統(tǒng)初始化：測(cè)量系統(tǒng)以初始基線(xiàn)長(zhǎng)度L₀和接收機(jī)視場(chǎng)角θ進(jìn)行能見(jiàn)度測(cè)量，得到初始能見(jiàn)度測(cè)量值V₀；

⑵.選取基線(xiàn)長(zhǎng)度：根據(jù)初始能見(jiàn)度測(cè)量值V₀所處的區(qū)間選擇合適的基線(xiàn)長(zhǎng)度，初始能見(jiàn)度測(cè)量值V₀<500m時(shí)采用30m基線(xiàn)的第一接收機(jī)進(jìn)行二次測(cè)量，初始能見(jiàn)度測(cè)量值V₀>500m時(shí)，采用75m基線(xiàn)的第二接收機(jī)進(jìn)行二次測(cè)量；

⑶.低能見(jiàn)度條件下進(jìn)行接收機(jī)視場(chǎng)角調(diào)校：初始能見(jiàn)度測(cè)量值V₀<1500m時(shí)，需考慮多次散射，初次測(cè)量時(shí)需對(duì)第一接收機(jī)或第二接收機(jī)的視場(chǎng)光闌的大小進(jìn)行微調(diào)，以調(diào)節(jié)接收機(jī)視場(chǎng)角的大小，使抑制多次散射的影響的效果達(dá)到最佳；

⑷.初始能見(jiàn)度測(cè)量值V₀>1500m，系統(tǒng)測(cè)量可不考慮多次散射，無(wú)需進(jìn)行視場(chǎng)角調(diào)節(jié)，可直接進(jìn)行能見(jiàn)度測(cè)量；

⑸.步驟⑵、⑶、⑷的測(cè)量過(guò)程中，如所得能見(jiàn)度值有出現(xiàn)范圍變化，需重新選擇基線(xiàn)長(zhǎng)度。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果為：