[發明專利]一種大氣環境參數的測量方法及系統

有效

• 申請號: 201710530455.8
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN107462899B
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發明（設計）人: 梁琨;周波
• 申請（專利權）人: 華中科技大學鄂州工業技術研究院;華中科技大學
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95;G01S7/48
• 代理公司: 武漢智權專利代理事務所(特殊普通合伙) 42225
• 代理人: 張凱

1.一種大氣環境參數的測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：激光發射裝置在已知大氣環境中發射激光，并采集所述激光的散射回波信號，得到已知大氣環境中散射回波信號的大氣瑞利布里淵散射譜線，并測量當前的大氣環境參數值；

S2：構建大氣瑞利布里淵散射譜的數學模型，所述數學模型參數包括：大氣環境參數、G因子參數、大氣瑞利布里淵散射譜線的中心頻率，所述數學模型的表達式為：

式中，表示反斯托克斯峰譜線，為反斯托克斯峰的中心頻率，為正斯托克斯峰譜線，為正斯托克斯峰的中心頻率，S(ω₀)為大氣瑞利布里淵散射譜線，ω₀為大氣瑞利布里淵散射譜線的中心頻率，ω₁為瑞利峰譜線的中心頻率，S(ω₁)為瑞利峰譜線；

S3：根據已測量的大氣環境參數值，將所述大氣瑞利布里淵散射譜線和數學模型進行擬合，分別得到瑞利峰譜線和布里淵散射譜線的表達式，所述布里淵散射譜線由所述反斯托克斯峰譜線和正斯托克斯峰譜線疊加而成；

S4：激光發射裝置在待測大氣環境中發射激光，并采集所述激光的散射回波信號，得到待測大氣環境中所述散射回波信號的大氣瑞利布里淵散射譜線，根據分離得到的所述布里淵散射譜線的表達式，計算得到待測大氣環境參數；

所述反斯托克斯峰譜線、正斯托克斯峰譜線、瑞利峰譜線和大氣瑞利布里淵散射譜線的表達式相同，對應的中心頻率不同，當所述大氣環境參數為大氣溫度時，所述大氣瑞利布里淵散射譜線的表達式具體為：

式中，為普朗克常數，ω為中心頻率，為聲子的平均數量，k為波矢，T為溫度，n為聲子數量，c為光速，A為菲涅爾常數，Γ為聲子強度衰變率，G(Γ/2)為G因子參數。

2.如權利要求1所述的大氣環境參數的測量方法，其特征在于：在步驟S1得到所述散射回波信號的大氣瑞利布里淵散射譜線后，對所述大氣瑞利布里淵散射譜線進行濾波處理，步驟S3中將濾波后的大氣瑞利布里淵散射譜線和數學模型進行擬合。

3.如權利要求1所述的大氣環境參數的測量方法，其特征在于：所述激光發射裝置為激光雷達系統。

4.一種大氣環境參數的測量系統，其特征在于，包括：

激光發射裝置，其用于在大氣環境中發射激光，并采集所述激光的散射回波信號，得到所述散射回波信號的大氣瑞利布里淵散射譜線；

檢測裝置，其用于測量大氣環境參數值；

模型構建模塊，其用于構建大氣瑞利布里淵散射譜的數學模型，所述數學模型參數包括：大氣環境參數、G因子參數、大氣瑞利布里淵散射譜線的中心頻率，所述數學模型的表達式為：

式中，表示反斯托克斯峰譜線，為反斯托克斯峰的中心頻率，為正斯托克斯峰譜線，為正斯托克斯峰的中心頻率，S(ω₀)為大氣瑞利布里淵散射譜線，ω₀為大氣瑞利布里淵散射譜線的中心頻率，ω₁為瑞利峰譜線的中心頻率，S(ω₁)為瑞利峰譜線；

解析模塊，其用于根據已測量的大氣環境參數值，將所述大氣瑞利布里淵散射譜線和數學模型進行擬合，分別得到瑞利峰譜線和布里淵散射譜線的表達式，所述布里淵散射譜線由所述反斯托克斯峰譜線和正斯托克斯峰譜線疊加而成；

運算模塊，其用于根據分離得到的所述布里淵散射譜線的表達式，計算得到待測大氣環境參數；

所述反斯托克斯峰譜線、正斯托克斯峰譜線、瑞利峰譜線和大氣瑞利布里淵散射譜線的表達式相同，對應的中心頻率不同，當所述大氣環境參數為大氣溫度時，所述大氣瑞利布里淵散射譜線的表達式具體為：

式中，為普朗克常數，ω為中心頻率，為聲子的平均數量，k為波矢，T為溫度，n為聲子數量，c為光速，A為菲涅爾常數，Γ為聲子強度衰變率，G(Γ/2)為G因子參數。

5.如權利要求4所述的大氣環境參數的測量系統，其特征在于：還包括濾波處理模塊，其用于對所述大氣瑞利布里淵散射譜線進行濾波處理。

6.如權利要求4所述的大氣環境參數的測量系統，其特征在于：所述激光發射裝置為激光雷達系統。