CN110333518A - 对射式测量消光系数的方法、系统和激光雷达 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种对射式测量消光系数的方法、系统和激光雷达，首先在A点设置第一激光雷达，在B点设置第二激光雷达，所述A点和B点之间具有Z点；所述第一激光雷达探测A点到Z点的第一距离校准信号值，所述第二激光雷达探测B点到Z点的第二距离校准信号值，所述第一激光雷达计算出所述第二距离校准信号值与第一距离校准信号值的比值。本发明通过两台相对设置的激光雷达，不需要假设激光雷达方程的初值与激光雷达比，即可以精确测量出大气消光系数与能见度。

Description

对射式测量消光系数的方法、系统和激光雷达
技术领域
本发明涉及激光雷达技术领域，特别涉及一种对射式测量消光系数的方法、系统和激光雷达。
背景技术
众所周知，激光雷达可以测定大气消光系数及能见度的空间分布。但是现有技术的所有缺点是，目前大都是由一台激光雷达进行测量，在处理激光雷达信号中，人们常常用Collis、Klett、Fernald等算法求解激光雷达方程，从而反演出关于大气的消光系数和能见度信息。但是Collis、Klett、Fernald等算法都是基于一定的假设，然而很多假设在现实情况下，并不符合实际情况。
发明内容
本发明提供一种对射式测量消光系数的方法、系统和激光雷达，该系统通过两台相对设置的激光雷达，不需要假设激光雷达方程的初值与激光雷达比，即可以精确测量出大气消光系数与能见度。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种对射式测量消光系数的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、在A点设置第一激光雷达，在B点设置第二激光雷达，所述A点和B点之间具有Z点。
步骤S2、所述第一激光雷达探测A点到Z点的第一距离校准信号，所述第一距离校准信号值为RCSA(z)，其中RCSA(z)＝CA·β(z)·exp(-2τAz)(公式(1))；
所述第二激光雷达探测B点到Z点的第二距离校准信号，所述第二距离校准信号值为RCSB(z)，其中RCSB(z)＝CB·β(z)exp(-2τzB)(公式(2))；
所述公式(1)和公式(2)中，CA、CB分别为激光雷达的系统常数，β(z)为大气的后向散射体积系数，τAz为A点到z点的光学厚度，τzB为z点到B点的光学厚度。
步骤S3、所述第一激光雷达接收所述第二激光雷达传输的所述第二距离校准信号值；
步骤S4、所述第一激光雷达根据所述公式(1)、公式(2)和公式(3)计算出所述第二距离校准信号值与第一距离校准信号值的比值RCSB(z)，其中
R(z)为第二距离校准信号值与第一距离校准信号值的比值。
优选的，所述步骤S4之后，进一步包括步骤S5：所述第一激光雷达根据公式(3)计算出所述A点到所述Z点的光学厚度，所述A点到所述Z点的光学厚度值为τAZ：其中所述公式(4)中
优选的，所述步骤S5之后，进一步包括步骤S6：所述第一激光雷达根据公式(4)计算出所述Z点处的大气消光系数，所述Z点处的大气消光系数值为α(z)，其中所述Z点为A点的和B点之间的任意一点。
优选的，所述步骤S6之后，进一步包括步骤S7：所述第一激光雷达根据公式(5)及能见度公式计算出所述Z点处的能见度，所述Z点处的能见度值为VMOR(z)，其中所述公式(6)中λ是激光雷达的波长，单位为nm。
一种对射式测量消光系数的系统，包括：设置在A点的第一激光雷达和设置在B点的第二激光雷达，所述A点和B点之间具有Z点；
所述第一激光雷达，用于探测A点到Z点的第一距离校准信号，所述第一距离校准信号值为RCSA(z)，其中RCSA(z)＝CA·β(z)·exp(-2τAz)(公式(1))；
所述第二激光雷达，用于探测B点到Z点的第二距离校准信号，所述第二距离校准信号值为RCSB(z)，其中RCSB(z)＝CB·β(z)exp(-2τzB)(公式(2))；
所述公式(1)和公式(2)中，CA、CB分别为激光雷达的系统常数，β(z)为大气的后向散射体积系数，τAz为A点到z点的光学厚度，τzB为z点到B点的光学厚度；
所述第一激光雷达，用于接收所述第二激光雷达传输的所述第二距离校准信号值；
所述第一激光雷达，用于根据所述公式(1)、公式(2)和公式(3)计算出所述第二距离校准信号值与第一距离校准信号值的比值RCSB(z)，其中
R(z)为第二距离校准信号值与第一距离校准信号值的比值。
优选的，所述第一激光雷达还用于根据公式(3)计算出所述A点到所述Z点的光学厚度，所述A点到所述Z点的光学厚度值为τAZ：其中所述公式(4)中
优选的，所述第一激光雷达还用于根据公式(4)计算出所述Z点处的大气消光系数，所述Z点处的大气消光系数值为α(z)，其中 所述Z点为A点的和B点之间的任意一点。
优选的，所述第一激光雷达用于根据公式(5)及能见度公式计算出所述Z点处的能见度，所述Z点处的能见度值为VMOR(z)，其中所述公式(6)中λ是激光雷达的波长，单位为nm。
一种对射式测量消光系数的激光雷达，包括：设置在A点的第一激光雷达；
所述第一激光雷达，用于探测A点到Z点的第一距离校准信号，所述第一距离校准信号值为RCSA(z)，其中RCSA(z)＝CA·β(z)·exp(-2τAz)(公式(1))；
所述第一激光雷达用于接收设置在B点的第二激光雷达传输的所述第二距离校准信号值RCSB(z)，其中RCSB(z)＝CB·β(z)exp(-2τzB)(公式(2))；所述Z点为所述A点与所述B点之间任意一点；
所述公式(1)和公式(2)中，CA、CB分别为激光雷达的系统常数，β(z)为大气的后向散射体积系数，τAz为A点到z点的光学厚度，τzB为z点到B点的光学厚度；
所述第一激光雷达，用于根据所述公式(1)、公式(2)和公式(3)计算出所述第二距离校准信号值与第一距离校准信号值的比值RCSB(z)，其中
R(z)为第二距离校准信号值与第一距离校准信号值的比值。
优选的，所述第一激光雷达用于根据公式(3)计算出所述A点到所述Z点的光学厚度，所述A点到所述Z点的光学厚度值为τAZ：其中 所述公式(4)中
所述第一激光雷达还用于根据公式(4)计算出所述Z点处的大气消光系数，所述Z点处的大气消光系数值为α(z)，其中所述Z点为A点的和B点之间的任意一点。
所述第一激光雷达用于根据公式(5)及能见度公式计算出所述Z点处的能见度，所述Z点处的能见度值为VMOR(z)，其中所述公式(6)中λ是激光雷达的波长，单位为nm。
通过实施以上技术方案，具有以下技术效果：本发明提供的对射式测量消光系数的方法、系统和激光雷达，通过两台相对设置的激光雷达，不需要假设激光雷达方程的初值与激光雷达比，即可以精确测量出大气消光系数与能见度。
附图说明
图1为本发明提供的对射式测量消光系数的系统示意图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图详细描述本发明提供的实施例。
本发明实施例提供一种对射式测量消光系数的方法，包括如下步骤：
步骤S1、在A点设置第一激光雷达，在B点设置第二激光雷达，所述A点和B点之间具有Z点。在实施例中，优选的，所述第一激光雷达和所述第二激光雷达分别相对设置，所述第一激光雷达和所述第二激光雷达可以相对水平放置，也可以不完全水平放置。
步骤S2、所述第一激光雷达探测A点到Z点的第一距离校准信号，所述第一距离校准信号值为RCSA(z)，其中RCSA(z)＝CA·β(z)·exp(-2τAz)(公式(1))；
所述第二激光雷达探测B点到Z点的第二距离校准信号，所述第二距离校准信号值为RCSB(z)，其中RCSB(z)＝CB·β(z)exp(-2τzB)(公式(2))；
所述公式(1)和公式(2)中，CA、CB分别为激光雷达的系统常数，β(z)为大气的后向散射体积系数，τAz为A点到z点的光学厚度，τzB为z点到B点的光学厚度。
步骤S3、所述第一激光雷达接收所述第二激光雷达传输的所述第二距离校准信号值；
步骤S4、所述第一激光雷达根据所述公式(1)、公式(2)和公式(3)计算出所述第二距离校准信号值与第一距离校准信号值的比值RCSB(z)，其中
R(z)为第二距离校准信号值与第一距离校准信号值的比值。
在上述实施例的基础上，在其他实施例中，进一步的，所述步骤S4之后，进一步包括步骤S5：所述第一激光雷达根据公式(3)计算出所述A点到所述Z点的光学厚度，所述A点到所述Z点的光学厚度值为τAZ：其中所述公式(4)中
在上述实施例的基础上，在其他实施例中，进一步的，所述步骤S5之后，进一步包括步骤S6：所述第一激光雷达根据公式(4)计算出所述Z点处的大气消光系数，所述Z点处的大气消光系数值为α(z)，其中所述Z点为A点的和B点之间的任意一点。
在上述实施例的基础上，在其他实施例中，进一步的，所述步骤S6之后，进一步包括步骤S7：所述第一激光雷达根据公式(5)及能见度公式计算出所述Z点处的能见度，所述Z点处的能见度值为VMOR(z)，其中 所述公式(6)中λ是激光雷达的波长，单位为nm。
本发明实施例还提供一种对射式测量消光系数的系统，如图1所示，包括：设置在A点的第一激光雷达和设置在B点的第二激光雷达，所述A点和B点之间具有Z点；
所述第一激光雷达，用于探测A点到Z点的第一距离校准信号，所述第一距离校准信号值为RCSA(z)，其中RCSA(z)＝CA·β(z)·exp(-2τAz)(公式(1))；
所述第二激光雷达，用于探测B点到Z点的第二距离校准信号，所述第二距离校准信号值为RCSB(z)，其中RCSB(z)＝CB·β(z)exp(-2τzB)(公式(2))；
所述公式(1)和公式(2)中，CA、CB分别为激光雷达的系统常数，β(z)为大气的后向散射体积系数，τAz为A点到z点的光学厚度，τzB为z点到B点的光学厚度；
所述第一激光雷达，用于接收所述第二激光雷达传输的所述第二距离校准信号值；
所述第一激光雷达，用于根据所述公式(1)、公式(2)和公式(3)计算出所述第二距离校准信号值与第一距离校准信号值的比值RCSB(z)，其中
R(z)为第二距离校准信号值与第一距离校准信号值的比值。
在上述实施例的基础上，在其他实施例中，进一步的，所述第一激光雷达还用于根据公式(3)计算出所述A点到所述Z点的光学厚度，所述A点到所述Z点的光学厚度值为τAZ：其中所述公式(4)中
在上述实施例的基础上，在其他实施例中，进一步的，所述第一激光雷达还用于根据公式(4)计算出所述Z点处的大气消光系数，所述Z点处的大气消光系数值为α(z)，其中所述Z点为A点的和B点之间的任意一点。
在上述各实施例的基础上，在其他实施例中，更进一步的，所述第一激光雷达用于根据公式(5)及能见度公式计算出所述Z点处的能见度，所述Z点处的能见度值为VMOR(z)，其中所述公式(6)中λ是激光雷达的波长，单位为nm。
本发明实施例还提供一种对射式测量消光系数的激光雷达，包括：设置在A点的第一激光雷达；
所述第一激光雷达，用于探测A点到Z点的第一距离校准信号，所述第一距离校准信号值为RCSA(z)，其中RCSA(z)＝CA·β(z)·exp(-2τAz)(公式(1))；
所述第一激光雷达用于接收设置在B点的第二激光雷达传输的所述第二距离校准信号值RCSB(z)，其中RCSB(z)＝CB·β(z)exp(-2τzB)(公式(2))；所述Z点为所述A点与所述B点之间任意一点；
所述公式(1)和公式(2)中，CA、CB分别为激光雷达的系统常数，β(z)为大气的后向散射体积系数，τAz为A点到z点的光学厚度，τzB为z点到B点的光学厚度；
所述第一激光雷达，用于根据所述公式(1)、公式(2)和公式(3)计算出所述第二距离校准信号值与第一距离校准信号值的比值RCSB(z)，其中
R(z)为第二距离校准信号值与第一距离校准信号值的比值。
在上述实施例的基础上，在其他实施例中，进一步的，所述第一激光雷达用于根据公式(3)计算出所述A点到所述Z点的光学厚度，所述A点到所述Z点的光学厚度值为τAZ：其中所述公式(4)中
所述第一激光雷达还用于根据公式(4)计算出所述Z点处的大气消光系数，所述Z点处的大气消光系数值为α(z)，其中所述Z点为A点的和B点之间的任意一点。
所述第一激光雷达用于根据公式(5)及能见度公式计算出所述Z点处的能见度，所述Z点处的能见度值为VMOR(z)，其中所述公式(6)中λ是激光雷达的波长，单位为nm。
以上对本发明实施例所提供的一种对射式测量消光系数的方法、系统和激光雷达进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种对射式测量消光系数的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、在A点设置第一激光雷达，在B点设置第二激光雷达，所述A点和B点之间具有Z点；
S2、所述第一激光雷达探测A点到Z点的第一距离校准信号，所述第一距离校准信号值为RCSA(z)，其中RCSA(z)＝CA·β(z)·exp(-2τAz)(公式(1))；
所述第二激光雷达探测B点到Z点的第二距离校准信号，所述第二距离校准信号值为RCSB(z)，其中RCSB(z)＝CB·β(z)·exp(-2τzB)(公式(2))；
所述公式(1)和公式(2)中，CA、CB分别为激光雷达的系统常数，β(z)为大气的后向散射体积系数，τAz为A点到z点的光学厚度，τzB为z点到B点的光学厚度；
S3、所述第一激光雷达接收所述第二激光雷达传输的所述第二距离校准信号值；
S4、所述第一激光雷达根据所述公式(1)、公式(2)和公式(3)计算出所述第二距离校准信号值与第一距离校准信号值的比值RCSB(z)，其中
R(z)为第二距离校准信号值与第一距离校准信号值的比值。
2.根据权利要求1所述的对射式测量消光系数的方法，其特征在于，所述步骤S4之后，进一步包括步骤S5：所述第一激光雷达根据公式(3)计算出所述A点到所述Z点的光学厚度，所述A点到所述Z点的光学厚度值为τAZ：其中所述公式(4)中
3.根据权利要求2所述的对射式测量消光系数的方法，其特征在于，所述步骤S5之后，进一步包括步骤S6：所述第一激光雷达根据公式(4)计算出所述Z点处的大气消光系数，所述Z点处的大气消光系数值为α(z)，其中所述Z点为A点的和B点之间的任意一点。
4.根据权利要求3所述的对射式测量消光系数的方法，其特征在于，所述步骤S6之后，进一步包括步骤S7：所述第一激光雷达根据公式(5)及能见度公式计算出所述Z点处的能见度，所述Z点处的能见度值为VMOR(z)，其中所述公式(6)中λ是激光雷达的波长，单位为nm。
5.一种对射式测量消光系数的系统，其特征在于，包括：设置在A点的第一激光雷达和设置在B点的第二激光雷达，所述A点和B点之间具有Z点；
所述第一激光雷达，用于探测A点到Z点的第一距离校准信号，所述第一距离校准信号值为RCSA(z)，其中RCSA(z)＝CA·β(z)·exp(-2τAz)(公式(1))；
所述第二激光雷达，用于探测B点到Z点的第二距离校准信号，所述第二距离校准信号值为RCSB(z)，其中RCSB(z)＝CB·β(z)·exp(-2τzB)(公式(2))；
所述公式(1)和公式(2)中，CA、CB分别为激光雷达的系统常数，β(z)为大气的后向散射体积系数，τAz为A点到z点的光学厚度，τzB为z点到B点的光学厚度；
所述第一激光雷达，用于接收所述第二激光雷达传输的所述第二距离校准信号值；
所述第一激光雷达，用于根据所述公式(1)、公式(2)和公式(3)计算出所述第二距离校准信号值与第一距离校准信号值的比值RCSB(z)，其中
R(z)为第二距离校准信号值与第一距离校准信号值的比值。
6.根据权利要求5所述的对射式测量消光系数的系统，其特征在于，所述第一激光雷达还用于根据公式(3)计算出所述A点到所述Z点的光学厚度，所述A点到所述Z点的光学厚度值为τAZ：其中所述公式(4)中
7.根据权利要求6所述的对射式测量消光系数的系统，其特征在于，所述第一激光雷达还用于根据公式(4)计算出所述Z点处的大气消光系数，所述Z点处的大气消光系数值为α(z)，其中所述Z点为A点的和B点之间的任意一点。
8.根据权利要求7所述的对射式测量消光系数的系统，其特征在于，所述第一激光雷达用于根据公式(5)及能见度公式计算出所述Z点处的能见度，所述Z点处的能见度值为VMOR(z)，其中所述公式(6)中λ是激光雷达的波长，单位为nm。
9.一种对射式测量消光系数的激光雷达，其特征在于，包括：设置在A点的第一激光雷达；
所述第一激光雷达，用于探测A点到Z点的第一距离校准信号，所述第一距离校准信号值为RCSA(z)，其中RCSA(z)＝CA·β(z)·exp(-2τAz)(公式(1))；
所述第一激光雷达用于接收设置在B点的第二激光雷达传输的所述第二距离校准信号值RCSB(z)，其中RCSB(z)＝CB·β(z)·exp(-2τzB)(公式(2))；所述Z点为所述A点与所述B点之间任意一点；
所述公式(1)和公式(2)中，CA、CB分别为激光雷达的系统常数，β(z)为大气的后向散射体积系数，τAz为A点到z点的光学厚度，τzB为z点到B点的光学厚度；
所述第一激光雷达，用于根据所述公式(1)、公式(2)和公式(3)计算出所述第二距离校准信号值与第一距离校准信号值的比值RCSB(z)，其中
R(z)为第二距离校准信号值与第一距离校准信号值的比值。
10.根据权利要求9所述对射式测量消光系数的激光雷达，其特征在于，所述第一激光雷达用于根据公式(3)计算出所述A点到所述Z点的光学厚度，所述A点到所述Z点的光学厚度值为τAZ：其中所述公式(4)中
所述第一激光雷达还用于根据公式(4)计算出所述Z点处的大气消光系数，所述Z点处的大气消光系数值为α(z)，其中所述Z点为A点的和B点之间的任意一点；
所述第一激光雷达用于根据公式(5)及能见度公式计算出所述Z点处的能见度，所述Z点处的能见度值为VMOR(z)，其中所述公式(6)中λ是激光雷达的波长，单位为nm。
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