[发明专利]基于频谱特征信号的多气象参数同步测量方法及激光雷达

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光雷达领域，具体涉及一种基于频谱特征信号检测的多气象参数同步测量激光雷达，用于检测低空(0-30km)大气风场、气体密度、大气温度、气溶胶浓度、光学厚度。 

背景技术

大气温度、风速以及气溶胶和气体分子散射的光学特性对天气数值预报、通量传输研究和和动力气象研究都是至关重要的。数十年来，激光技术、信号探测和数据采集及其控制技术的发展使激光雷达在对大气气象参数的探测高度、垂直跨度、空间分辨率、时间上的连续监测、测量精度等方面具有全面的优势，是其它探测手段很难比拟的。 

目前主要是采用多普勒激光雷达测量大气风场，采用米氏散射激光雷达测量气溶胶光学特性，采用瑞利布里渊雷达或基于频域滤波的拉曼雷达测量大气温度。以上激光雷达都是通过测量光散射回波信号能量的方法进行气象参数测量的。由于在时域上不能够区分各种散射回波信号，所以在需要获得多个气象参数时，往往需要多个雷达联合进行测量，这样就使得整体测量成本较为昂贵，此外在低空测量时由于米氏散射能量过大，除气溶胶光学特性外无法测量其它气象参数，使得每个单独体制的激光雷达功能受限。 

发明内容

本发明的目的是提出一种基于频谱特征信号检测的多气象参数同步测量激光雷达，通过获取回波信号频谱的检测手段从而提取各种散射频谱特征信息，进而实现对多参数的同步测量。 

基于频谱特征信号的多气象参数同步测量方法，具体为： 

(1)向空中发射准直脉冲激光，经过大气后向散射后形成激光回波信号； 

(2)激光回波信号经过法布里珀罗标准具后发生等倾干涉形成同心干涉圆环； 

(3)检测同心干涉圆环的光强度，对其作去卷积运算还原得到激光回波信号光谱； 

(4)去除激光回波信号光谱中的米氏散射谱，得到瑞利布里渊散射谱V_RB； 

(5)选用目标函数 对瑞利布里渊散射谱V_RB进行曲线拟合，得到正布里渊散射谱 反布里渊散射谱 和瑞利散射谱V_Rayl(v)，其中V^=VRayl(v)VBrill+(v)VBrill-(v),]]>v为频率，C0=ABB,]]>A为瑞利权重系数，B为布里渊权重系数，T表示转置； 

(6)依据正布里渊散射谱、反布里渊散射谱和瑞利散射谱计算得到中心频率偏移、瑞利散射频谱能量、布里渊散射谱的半高宽以及布里渊频移，并依据米氏散射谱获取米氏散射谱能量； 

(7)依据中心频率偏移、瑞利散射频谱能量、布里渊散射谱的半高宽、布里渊频移和米氏散射谱能量计算出大气风场、气体密度、大 气温度、气溶胶浓度及光学厚度。 

进一步地，所述 V_Rayl(v)为佛克脱Voigt或类佛克脱pseudo-Voigt或高斯函数或洛伦兹函数。