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

摘要

本发明提出了一种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，从检测到的激光回波信号频谱提取各种散射频谱特征信息，进而通过检测谱信号中频率的偏移反演大气风场，通过检测瑞利散射频谱能量实现对气体密度的检测，通过检测布里渊散射谱的半高宽或布里渊频移实现对大气温度的检测，通过检测米氏散射谱能量实现气溶胶浓度及光学厚度等特性的检测，这样解决了传统时域激光雷达功能单一的缺陷，达到多参数同步测量，降低运行成本的目的。

主权项

1.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$\hat{V}=\left[\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{Rayl}}\left(v\right)\\ V_{\mathrm{Brill}}^{+}\left(v\right)\\ V_{\mathrm{Brill}}^{-}\left(v\right)\end{array}\right],$v为频率，$C_0=\left[\begin{array}{c}A\\ B\\ B\end{array}\right],$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V_Rayl(v)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。