[發明專利]一種具有臭氧吸收自校正功能的激光雷達探測系統的方法

有效

• 申請號: 202010023899.4
• 申請日: 2020-01-09
• 公開（公告）號: CN111208494B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 吳德成;劉東;王邦新;鐘志慶;邢昆明;謝晨波;王珍珠;王英儉
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01S7/497
• 分類號: G01S7/497;G01S17/95;G01S7/48;G01N21/65
• 代理公司: 合肥市上嘉專利代理事務所(普通合伙) 34125
• 代理人: 郭華俊

1.使用一種具有臭氧吸收自校正功能的激光雷達探測系統的方法，系統包括探測器模塊(3)，所述探測器模塊(3)包括三個分色鏡、三個探測器單元，每個分色鏡將光束分成兩路，一路反射到對應的探測器單元，另一路反射到下一分色鏡上進行分束，三個探測器單元對應包括接收水汽分子、氮氣分子、氧氣分子的振-轉拉曼散射回波信號，在探測器模塊(3)前端依次設置的

發射模塊，用于發射設定波長的激光到大氣中；

接收模塊，用于接收包括大氣信息的散射回波信號；

還包括在探測器模塊(3)的后端依次設置的

數據采集模塊(4)，用于采集每個探測器單元中回波信號；

上位機(5)，所述上位機(5)獲得數據采集模塊(4)中的信號和與激光器(11)的受控端連接，其特征在于，方法包括以下步驟：

S1、上位機(5)獲得水汽分子、氮氣分子和氧氣分子的振-轉拉曼散射回波信號強度函數；

S2、根據水汽分子的振-轉拉曼散射回波信號強度函數和氮氣分子的振-轉拉曼散射回波信號強度函數，得到測量的水汽混合比函數；

S3、將氮氣分子的振-轉拉曼散射回波信號強度函數與氧氣分子的振-轉拉曼散射回波信號強度函數相除，根據現有的水汽拉曼激光雷達數據處理技術得到空氣分子和大氣氣溶膠的透過率校正，進而從相除后獲得的函數中得到臭氧透過率校正函數，代入到水汽混合比函數中，獲得水汽混合比的空間分布；

步驟S1中的水汽分子、氮氣分子和氧氣分子的振-轉拉曼散射回波信號強度函數分別表示為：

其中，P_H(λ_L,λ_H,z)、P_N(λ_L,λ_N,z)和P_O(λ_L,λ_O,z)分別是激光雷達接收到的水汽分子、氮氣分子和氧氣分子的振-轉拉曼散射回波信號強度；K_H、K_N和K_O分別是激光雷達的水汽分子、氮氣分子和氧氣分子的振-轉拉曼散射回波信號接收通道的系統常數；N_H(z)、N_N(z)、N_O(z)和N_O3(z)分別是水汽、氮氣、氧氣和臭氧的分子數密度；dσ_H(λ_L,λ_H,π)/dΩ、dσ_N(λ_L,λ_N,π)/dΩ和dσ_O(λ_L,λ_O,π)/dΩ分別是水汽分子、氮氣分子和氧氣分子的微分后向拉曼散射截面；β_a和β_m分別是大氣氣溶膠和空氣分子的后向散射系數；α_a和α_m分別是大氣氣溶膠和空氣分子的消光系數；σ_O3是臭氧分子的吸收截面；λ_L、λ_H、λ_N、λ_O分別是激光波長和水汽分子、氮氣分子和氧氣分子的振-轉拉曼散射波長；z是散射體距離激光雷達的距離。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S2獲得的水汽混合比的公式如下：

其中，C_wv是水汽混合比標定常數；k是大氣氣溶膠額Angstrom常數。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟S3獲得的水汽混合比的公式是將公式(2)和公式(3)相減，獲得公式如下：

其中，C_O3是系統常數；將(5)式帶入到(4)式中可以得到，

其中，C是系統常數，與系統的光學效率、電子學增益、分子后向散射截面、氮氣和氧氣的數密度比值有關，通過利用其它設備測量的水汽混合比對激光雷達測量的結果進行定標，來得到該系統常數C；η是一個與臭氧吸收截面有關的常數。