[發明專利]一種高光譜分辨率激光雷達的掃頻定標裝置和方法

有效

• 申請號: 201911165805.0
• 申請日: 2019-11-25
• 公開（公告）號: CN110865396B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 劉東;沈雪;王南朝;劉崇
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95;G01S7/497
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

1.一種高光譜分辨率激光雷達的掃頻定標裝置，其特征在于，包括激光發射系統、接收系統和信號采集處理系統；

所述激光發射系統用于發射激光光束到大氣中，產生激光雷達回波信號；

所述的接收系統包括望遠鏡、小孔光闌、準直目鏡、第二反射鏡、立方分光棱鏡、干涉光譜鑒頻器、后向散射通道以及高光譜通道，所述望遠鏡接收激光雷達回波信號依次經過小孔光闌、準直目鏡、第二反射鏡以及立方分光棱鏡后分為兩路，其中一路信號被反射進入后向散射通道，另一路信號透射通過干涉光譜鑒頻器后進入高光譜通道；所述的后向散射通道和高光譜通道均由干涉濾光片、透鏡和光電探測器組成；

所述信號采集處理系統包括數據采集卡和上位機，所述數據采集卡采集各個通道的信號送至上位機處理；

利用高光譜分辨率激光雷達的掃頻定標裝置進行參數標定的方法，包括以下步驟：

(1)將激光發射系統、接收系統以及采集系統根據需要安裝在目標位置；

(2)調整激光發射系統發射的激光光束與望遠鏡之間的夾角，使望遠鏡接收光軸與發射的激光光束保持平行；

(3)設置干涉光譜鑒頻器的頻率掃描控制器，使干涉光譜鑒頻器頻譜透過率曲線調諧，頻率掃描范圍大于一個干涉光譜鑒頻器的自由光譜范圍，保證一個掃描周期內高光譜通道能獲得氣溶膠散射信號透過率最大和最小的信號；

(4)獲取一個掃描周期內高光譜通道中光電探測器接收到的氣溶膠散射信號最多時激光雷達信號強度B_A以及氣溶膠散射信號最少時激光雷達信號強度B_M，同時獲取后向散射通道中光電探測器接收到的激光雷達信號強度B_T；三個激光雷達信號強度分別表示如下：

B_A＝η_H·(Aβ_a+Bβ_m)·exp(-2τ)，

B_M＝η_H·(Cβ_a+Dβ_m)·exp(-2τ)，

B_T＝η_T·(β_a+β_m)·exp(-2τ).

其中，β_a和β_m分別是氣溶膠和大氣分子的后向散射系數，τ是大氣光學厚度，η_H是除干涉光譜鑒頻器外的高光譜通道的接收效率，A和B是高光譜通道在氣溶膠散射信號最多時接收到的氣溶膠散射信號和大氣分子散射信號的透過率，C和D是高光譜通道在氣溶膠散射信號最少時接收到的氣溶膠散射信號和大氣分子散射信號的透過率；η_T是后向散射通道的接收效率；

(5)根據上述獲取的三個激光雷達信號強度，計算高光譜通道中氣溶膠散射信號透過率與大氣分子散射信號透過率，以及高光譜通道與后向散射通道的接收效率之比；高光譜通道與后向散射通道的接收效率之比的通過以下公式計算得到：

G＝(B_A+B_M)/B_T＝η_H/η_T

其中，G表示高光譜通道與后向散射通道的接收效率之比；

高光譜通道中的大氣分子散射信號透過率B和D根據大氣標準模型與干涉儀頻譜透過率曲線直接計算得出，高光譜通道中的氣溶膠散射信號透過率A和C通過以下關系式計算得到：

A+C＝1

由于A和C的比值在大氣氣溶膠負載足夠高，即β_a＞＞β_m時，表示為：

C/A≈B_M/B_A

聯立上式求得高光譜通道中的氣溶膠散射信號透過率A和C。

2.根據權利要求1所述的高光譜分辨率激光雷達的掃頻定標裝置，其特征在于，所述的干涉光譜鑒頻器包括用于分離氣溶膠散射信號與大氣分子散射信號的干涉儀光路部分，以及可以連續往復調節干涉光譜鑒頻器的頻譜透過率曲線，從而改變氣溶膠散射信號與大氣分子散射信號透過比例的頻率掃描控制器。