[發明專利]一種探測野外森林及草原火災的遙感探測系統及方法

在審

• 申請號: 202110474755.5
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113281773A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 狄慧鴿;華燈鑫;閆慶;李仕春;辛文輝;劉晶晶;徐翔
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G01S17/88
• 分類號: G01S17/88;G01N21/65
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 燕肇琪

1.一種探測野外森林及草原火災的遙感探測系統，其特征在于，包括發射系統、接收系統、光譜分析系統和數據采集處理器(2-10)；

所述發射系統包括激光器(2-1)；

所述接收系統包括望遠鏡(2-2)，所述望遠鏡(2-2)用于接收激光器(2-1)發射出激光經大氣散射后的散射光，并將其匯聚后發出，所述望遠鏡(2-2)的光軸與激光器(2-1)發射出的激光光軸平行，所述望遠鏡(2-2)包括機械遮光套筒,所述機械遮光套筒的一端配設有主鏡，所述機械遮光套筒的另一端配設有次鏡，所述次鏡的外面有施密特矯正鏡；

所述光譜分析系統包括依次在望遠鏡(2-2)發出光束的光路設置的準直鏡(2-11)、分色鏡(2-3)；所述分色鏡(2-3)的透射光路上依次設置有第一窄帶濾波器(2-4)、第一匯聚鏡(2-5)；所述第一匯聚鏡(2-5)將光匯聚到第一探測器(2-6)上；所述分色鏡(2-3)的反射光路上依次設置有第二窄帶濾波器(2-7)、第二匯聚鏡(2-8)；所述第二匯聚鏡(2-8)將光匯聚到第二探測器(2-9)上；

所述第一光電探測器(2-6)、第二光電探測器(2-9)均與數據采集處理器(2-10)信號連接。

2.根據權利要求1所述的一種探測野外森林及草原火災的遙感探測系統，其特征在于，所述準直鏡(2-11)為口徑25.4mm，焦距為50mm的球面鏡。

3.根據權利要求1所述的一種探測野外森林及草原火災的遙感探測系統，其特征在于，所述望遠鏡(2-2)為對稱型反射式望遠鏡。

4.一種探測野外森林及草原火災的遙感探測方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施：

步驟1、將激光雷達放置于空曠且周圍無阻擋的高地上，使激光雷達發射出激光對周圍大氣進行掃描探測；

步驟2、獲取激光雷達米散射通道的回波散射信號；根據回波散射信號初步識別大氣中是否存在煙霧氣溶膠，如果回波信號中出現有較大的回波信號峰值，則可初步判斷有激光雷達探測范圍區間出現煙霧；

步驟3、根據激光雷達的米散射信號及拉曼散射信號計算出煙霧區域的雷達比；如果雷達比小于20，則判斷所探測對象為霧；如果雷達比介于20到50之間，則判斷所探測對象為氣溶膠或其它污染排放物；如果雷達比大于50，則判斷所探測對象為煙；

步驟4、當識別出煙時，說明在煙出現的附近有火情；根據激光雷達位置、GPS及回波信號出現的距離可以確定出火情的具體位置；控制激光雷達在煙霧出現的區域進行較長時間掃描觀測，獲取煙燃燒的大小及軌跡；根據連續探測結果判別火勢大小和蔓延的方位。

5.根據權利要求4所述的一種探測野外森林及草原火災的遙感探測方法，其特征在于，所述步驟2中獲取激光雷達米散射通道的回波散射信號具體按照以下實施：

獲取激光雷達米散射通道和拉曼散射通道的回波散射信號P₁和P₂：

其中，P₁(r)、P₂(r)分別為激光雷達米散射回波功率信號和氮氣拉曼回波功率信號；r為探測距離；C₁、C₂為雷達系統的系統常數，β_A(r,λ₀)是高度為r處的氣溶膠對應激光發射波長λ₀的后向散射系數，β_M(r,λ₀)為大氣分子對應λ₀的后向散射系數；N_R(r)是氮氣在高度r處的分子數密度，dσ_R(π)/dΩ為氮氣拉曼散射截面，不同的振動拉曼波長對應不同的散射截面；為氣溶膠對應λ₀的消光系數，為大氣分子對應λ₀的消光系數；為氣溶膠對氮氣產生拉曼散射后的波長λ_R的消光散射系數，為大氣分子對應λ_R的消光散射系數。

6.根據權利要求4所述的一種探測野外森林及草原火災的遙感探測方法，其特征在于，所述步驟3中根據激光雷達的米散射信號及拉曼散射信號計算出煙霧區域的雷達比具體按照以下實施：

根據激光雷達的米散射信號及拉曼散射信號計算出探測區域大氣氣溶膠的后向散射系數β和消光系數ɑ，進而計算出雷達比S；計算公式如下：