[發明專利]一種水汽測量拉曼激光雷達系統標定裝置的標定方法

有效

• 申請號: 202110576961.7
• 申請日: 2021-05-26
• 公開（公告）號: CN113433530B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 田斌;察豪;李聯;李德陽;周孟龍;孫立東;范潤龍;陳子豪;郭強
• 申請（專利權）人: 田斌;察豪;李聯;李德陽;周孟龍;孫立東;范潤龍;陳子豪;郭強
• 主分類號: G01S7/497
• 分類號: G01S7/497;G01N21/65
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 姚壯

本發明公開了一種水汽測量拉曼激光雷達系統標定裝置的標定方法，裝置由水汽拉曼系統、標定艙、濕度傳感器、氣壓傳感器、溫度傳感器、水汽發生器組成。方法為在標定艙中放置了濕度傳感器、氣壓傳感器、溫度傳感器、水汽發生器，水汽拉曼系統位于標定艙外部并向標定艙發射脈沖激光束，激光束穿過標定艙并向外傳播。脈沖激光束激發的后向散射回波信號被水汽拉曼系統的望遠鏡接收。取標定艙內的濕度傳感器、氣壓傳感器、溫度傳感器數據及水汽拉曼系統在該位置所得到的H₂O和N₂振動轉動拉曼散射回波信號比代入標定公式，可以計算出標定參數。本發明避免了常規的探空氣球標定的時域變化引起精度大大降低，提高了標定方法的精度和便利性。

技術領域

本發明涉及一種拉曼激光雷達系統標定裝置及方法，具體涉及一種水汽測量拉曼激光雷達系統標定裝置的標定方法。

背景技術

水汽是水在大氣中的氣態形式，它在大氣中的含量很小，但卻是大氣中最活躍的成分，因為水汽是大氣溫度變化范圍內唯一可以發生相變的成分，所以它在天氣過程，氣候變化，地氣系統的能量交換等過程中具有極其重要的作用。目前用來測量水汽垂直分布的技術手段主要有氣象探空氣球、微波輻射計、拉曼系統等。其中拉曼系統作為一種主動的光學遙感測量工具，通過接收發射激光激發的氮氣分子和水汽分子的振動轉動拉曼散射回波信號來得到水汽混合比，由于其較高的空間分辨率和靈敏度以及簡單的數據反演算法，在大氣水汽的測量上受到廣泛的關注。

為了提高水汽拉曼系統的探測精度，需對其進行標定。常見的水汽拉曼系統標定方法是無線電探空儀法，其優點是探測高度大，可達幾十千米，成本相對較低，缺點是無線電探空儀會受到使用時間和空間的限制，是一次性的觀測手段，受氣象條件、航空管制、人為因素的影響較大，并且隨著上升過程位置的偏移，導致探測數據與真實位置數據存在一定誤差，另外無線電探空儀采用的是現代碳濕敏元件，穩定性受溫度影響較大且具有滯后性，特別是從高濕到低濕的環境時，無法精確顯示濕度變化。

發明內容

本發明要解決的技術問題為克服現有技術中的不足之處，提供一種結構簡單，使用方便的拉曼系統標定裝置及標定方法，能夠實現激光雷達在短距離內的高精度標定。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案實現：

一種水汽測量拉曼激光雷達系統標定裝置，包括水汽拉曼系統、標定艙、溫度傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器、水汽發生器；

所述溫度傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器和水汽發生器位于標定艙內部，水汽發生器用于改變標定艙內部的水汽含量；

所述水汽拉曼系統設于標定艙外部一側，用于向標定艙發射脈沖激光束。

作為上述方案的優選，所述標定艙與所述水汽拉曼系統的距離在50-100m之間。

一種水汽測量拉曼激光雷達系統標定裝置的標定方法，包括以下步驟：

步驟1：將所述水汽拉曼系統向水平方向發射脈沖激光束，保證發射和接收光路中沒有障礙物；

步驟2：將所述溫度傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器和水汽發生器安裝于標定艙內部進行高精確數值測量；

步驟3：將所述標定艙內的水汽發生器保持開啟，待濕度傳感器數值穩定后，開啟水汽拉曼系統；

步驟4：所述水汽拉曼系統向標定艙發射脈沖激光束，激光穿過標定艙并向外傳輸；

步驟5：水汽拉曼系統和溫度傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器同時進行測量；

步驟6：取溫度傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器的數值及水汽拉曼系統的H₂O和N₂振動轉動拉曼散射回波信號比，計算出水汽混合比標定常數。