[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

本發明公開了一種大氣環境參數的測量方法，涉及激光雷達領域，包括步驟：激光發射裝置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；構建大氣瑞利布里淵散射譜的數學模型；根據已測量的大氣環境參數值，將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；激光發射裝置得到待測大氣環境中散射回波信號的大氣瑞利布里淵散射譜線，根據分離得到的布里淵散射譜線的表達式，計算得到待測大氣環境參數。本發明提供的大氣環境參數的測量方法，可以精確測量大氣環境參數，測量精度較高。

技術領域

本發明涉及激光雷達領域，具體涉及一種大氣環境參數的測量方法及系統。

背景技術

現有技術中，為了測量大氣環境參數，利用布里淵激光雷達系統發射激光信號，并采集激光散射的回波信號，通過提取該回波信號的特征參數得到大氣環境中溫度及壓強等參數，從而實時地獲取不同海拔高度下的溫度和壓強變化。

然而，在大氣環境下，地球和空氣界面會產生瑞利波，采集到激光散射的回波信號中，瑞利散射譜線和布里淵散射譜線疊加在一起，大氣環境中溫度及壓強等參數僅與布里淵散射譜線的特征參數，當前沒有一種有效的方式可以將瑞利散射譜線和布里淵散射譜線區分開，只能提取兩者疊加的回波信號的特征參數，導致提取到的特征參數準確度差，無法精確測量大氣環境參數。

因此，如何將瑞利散射譜線和布里淵散射譜線分離成為了一個技術瓶頸，將會嚴重制約大氣環境參數的測量精度。

發明內容

針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種大氣環境參數的測量方法，可以分離瑞利散射譜線和布里淵散射譜線，消除瑞利散射譜線的干擾，進而根據分離得到的布里淵散射譜線，精確測量大氣環境參數，測量精度較高。

為達到以上目的，本發明采取的技術方案是：

一種大氣環境參數的測量方法，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。

在上述技術方案的基礎上，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。