[發明專利]一種基于激光雷達的煙羽通量測量方法及裝置有效
| 申請號： | 202310133720.4 | 申請日： | 2023-02-20 |
| 公開（公告）號： | CN115840236B | 公開（公告）日： | 2023-05-16 |
| 發明（設計）人： | 余賽芬;董晶晶;夏海云;章振;袁金龍;舒志峰 | 申請（專利權）人： | 南京信息工程大學 |
| 主分類號： | G01S17/95 | 分類號： | G01S17/95;G01S7/481;G01N21/31 |
| 代理公司： | 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224 | 代理人： | 劉艷艷 |
| 地址： | 210044 江蘇*** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 基于 激光雷達 通量 測量方法 裝置 | ||
1.一種基于激光雷達的煙羽通量測量方法，其特征在于，包括：
S1、利用掃描式差分吸收激光雷達進行PPI掃描，根據掃描結果獲取目標煙羽位置信息；包括：
S11，利用掃描式差分吸收激光雷達進行PPI掃描；其中PPI掃描包括：以預設的仰角和方位角范圍對目標平面進行掃描；其中，所述仰角A固定在預設的角度，所述方位角B按預定的角度間隔改變；0＜A＜10°；0＜B＜180°；
S12，獲取每次PPI掃描對應的回波信號，并依據各個所述回波信號，計算目標參數在目標平面的分布；
S13，根據目標參數在目標平面的分布篩選出目標煙羽，并獲取目標煙羽的位置信息；
S2、根據目標煙羽的位置信息，將掃描式差分吸收激光雷達放置在目標煙羽的下方；
S3、獲取目標煙羽位置的風場信息，所述風場信息包括風速和風向；其中獲取目標煙羽位置的風場信息，包括：
S31、利用掃描式差分吸收激光雷達進行VAD掃描；其中VAD掃描包括：以預設的仰角和方位角對目標測量區域進行至少三次雷達掃描；其中，所述仰角A固定在預設的角度，所述方位角B為至少三個不重合的角度；0＜A＜90°；
S32、獲取每次VAD掃描對應的回波信號，并依據各個所述回波信號，計算目標區域的三維風場信息；
或，獲取目標煙羽位置的風場信息，包括：根據步驟S1中PPI掃描的結果，計算水平二維風速矢量，所述水平二維風速矢量包括水平風速和水平風向；
S4、利用掃描式差分吸收激光雷達進行RHI掃描；其中RHI掃描包括：以預設的仰角A和方位角B范圍，在規定的掃描時段內，按預設的時間間隔和角度間隔對目標測量區域進行雷達掃描；其中，所述方位角B固定在預設的角度，所述仰角A隨時間變化，0＜A≤90°，0＜B≤360°；
S5、獲取每次RHI掃描對應的回波信號，并依據各個所述回波信號，利用預設的差分吸收算法計算掃描范圍內目標氣體的濃度分布；
S6、根據所述目標氣體的濃度分布，篩選出目標氣體的濃度高于預設的閾值的區域作為煙羽截面；
S7、根據所述風場信息計算所述煙羽截面的法向速度；
S8、根據煙羽截面上的氣體濃度分布和法向速度計算目標氣體的煙羽通量。
2.根據權利要求1所述的一種基于激光雷達的煙羽通量測量方法，其特征在于，步驟S8、根據煙羽截面上的氣體濃度分布和法向速度計算目標氣體的煙羽通量，包括：
；
其中為目標氣體的煙羽通量，為煙羽截面的法向速度，為濕空氣的數密度，為目標氣體的摩爾質量，為阿伏伽德羅常數，為煙羽截面的面積單元，為目標氣體的濃度。
3.根據權利要求2所述的一種基于激光雷達的煙羽通量測量方法，其特征在于，煙羽截面的面積單元由RHI掃描的角度間隔和激光雷達的距離分辨率確定。
4.根據權利要求1所述的一種基于激光雷達的煙羽通量測量方法，其特征在于，步驟S31中，以預設的仰角和方位角對目標測量區域進行至少三次雷達掃描，包括：
所述至少三次雷達掃描的掃描光束不在同一平面，預設的方位角角度間隔為90°，仰角A固定在預設的角度，45°＜A＜90°。
5.根據權利要求1所述的一種基于激光雷達的煙羽通量測量方法，其特征在于，步驟S12中，目標參數包括：大氣后向散射系數、激光雷達回波功率、大氣消光系數和目標氣體濃度中的一種或幾種。
6.根據權利要求1所述的一種基于激光雷達的煙羽通量測量方法，其特征在于，所述掃描式差分吸收激光雷達為相干差分吸收激光雷達；或者，所述掃描式差分吸收激光雷達為直接探測差分吸收激光雷達。
7.一種用于實現權利要求1-6任一項所述方法的基于激光雷達的煙羽通量測量裝置，其特征在于，包括：
煙羽定位模塊，用于利用掃描式差分吸收激光雷達進行PPI掃描，根據掃描結果獲取目標煙羽位置信息；
雷達定位模塊，用于根據目標煙羽的位置信息，將掃描式差分吸收激光雷達放置在目標煙羽的下方；
風場測量模塊，用于獲取目標煙羽位置的風場信息，所述風場信息包括風速和風向；
RHI掃描模塊，用于利用掃描式差分吸收激光雷達進行RHI掃描；其中RHI掃描包括：以預設的仰角A和方位角B范圍，在規定的掃描時段內，按預設的時間間隔和角度間隔對目標測量區域進行雷達掃描；其中，所述方位角B固定在預設的角度，所述仰角A隨時間變化，0＜A＜90°，0＜B≤360°；
氣體濃度測量模塊，用于獲取每次RHI掃描對應的回波信號，并依據各個所述回波信號，利用預設的差分吸收算法計算掃描范圍內目標氣體的濃度分布；
煙羽截面獲取模塊，用于根據所述目標氣體的濃度分布，篩選出目標氣體的濃度高于預設的閾值的區域作為煙羽截面；
法向速度計算模塊，用于所述風場信息計算所述煙羽截面的法向速度；
通量計算模塊，用于根據煙羽截面上的氣體濃度分布和法向速度計算目標氣體的煙羽通量。
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