CN110850393B - 激光雷达数据的验证方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了激光雷达数据的验证方法，所述激光雷达数据的验证方法包括以下步骤：(A1)获得激光雷达的原始信号Plidar(hi)，温度廓线T(hi)以及大气压强廓线P(hi)，i＝1,2,3,···n，hi为不同位置处的高度；(A2)根据所述温度廓线和大气压强廓线，获得大气分子的后向散射系数廓线βm(hi)以及消光系数廓线αm(hi)；(A3)获得变化率K1,K2；(A4)判断变化率K1、K2间偏差Error是否超出阈值：若超出，表明当前激光雷达数据无法匹配当前大气的分布；如未超出，正常测量。本发明具有简单方便等优点。

Description

激光雷达数据的验证方法
技术领域
本发明涉及激光雷达，特别涉及激光雷达数据的验证方法。
背景技术
激光雷达是以激光为光源的一种探测装置，其发射的激光光束在大气中传输时，受到传输路径上的大气衰减(主要来自大气气溶胶分子和大气分子的消光)，同时一部分被气溶胶和空气分子散射的激光沿原路返回，并且再次受到传输路径上大气的衰减，最终被激光雷达接收。作为探测大气颗粒物和云层时空分布研究领域的重要技术手段，激光雷达的探测资料对于研究气溶胶的垂直分布、迁移和扩散过程、大气边界层及其时空演变特征都有着重要的意义。
为实现大气颗粒物和云层消光系数廓线的准确测量,能够为后续污染物时空演变提供可靠的数据支撑，激光雷达的测量数据的准确性就变得尤为重要。目前还没有一种特别有效的方法来衡量其探测数据的准确性。因此，必须从激光雷达数据上做认真分析，找到一种有效的验证激光雷达探测数据的方法，为激光雷达数据准确反演大气颗粒物和云层特性提供保障。
发明内容
为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种简单、方便的激光雷达数据的验证方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
激光雷达数据的验证方法，所述激光雷达数据的验证方法包括以下步骤：
(A1)获得激光雷达的原始信号Plidar(hi)，温度廓线T(hi)以及大气压强廓线P(hi)，i＝1,2,3,···n，hi为不同位置处的高度；
(A2)根据所述温度廓线和大气压强廓线，获得大气分子的后向散射系数廓线βm(hi)以及消光系数廓线αm(hi)：
Figure BDA0002256802940000021
a＝3.6139×10-4，单位为
Figure BDA0002256802940000022
b＝3.0277×10-2，单位为K·J-1·m-1，λ为激光雷达的波长，单位为nm；
(A3)获得变化率：
Figure BDA0002256802940000023
Figure BDA0002256802940000024
[hmin,hmax]为高度区间，n为所述高度区间内的数据点数；
(A4)判断变化率K1、K2间偏差Error是否超出阈值：
若超出，表明当前激光雷达数据无法匹配当前大气的分布；
如未超出，正常测量。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
从激光雷达探测数据的纯净大气分子部分与常规的大气分布做比对，能够验证雷达数据的准确性，并可通过误差偏差来体现；
整个验证方法简单易实现，而且能够为雷达信号反演提供更好的准确性保障，得以更好地测量和分析大气颗粒物的垂直分布、迁移和扩散过程、大气边界层及其时空演变特征；
本方案作为激光雷达的标定工作的基础--数据验证，为激光雷达的精确标定打下基础。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1是根据本发明实施例的激光雷达数据的验证方法的流程图。
具体实施方式
图1和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1：
图1示意性地给出了本发明实施例1的激光雷达数据的验证方法的流程图，如图1所示，所述激光雷达数据的验证方法包括以下步骤：
(A1)获得激光雷达的原始信号Plidar(hi)，具体为大气颗粒物的米散射回波功率；
获得温度廓线T(hi)，具体方式为：
利用气象传感器获得高度h0处的温度T(h0)，进而得到温度廓线T(hi):
T(hi)＝T(hi-1)+ΔT(hi)·(hi-hi-1)，
Figure BDA0002256802940000031
利用气象传感器获得高度h0处的大气压强P(h0)，进而得到大气压强廓线P(hi)：
Figure BDA0002256802940000032
g为重力加速度，M0为大气分子质量，R为气体常数；
(A2)根据所述温度廓线和大气压强廓线，获得大气分子的后向散射系数廓线βm(hi)以及消光系数廓线αm(hi)：
Figure BDA0002256802940000041
a＝3.6139×10-4，单位为
Figure BDA0002256802940000042
b＝3.0277×10-2，单位为K·J-1·m-1，λ为激光雷达的波长，单位为nm；
(A3)获得变化率：
Figure BDA0002256802940000043
Figure BDA0002256802940000044
[hmin,hmax]为高度区间，n为所述高度区间内的数据点数；hnoise为噪声段高度区间，
Figure BDA0002256802940000045
(A4)判断变化率K1、K2间偏差Error是否超出阈值：
若超出，表明当前激光雷达数据无法匹配当前大气的分布，i＝1,2,3,···n，hi为不同位置处的高度；
如未超出，正常测量。
实施例2：
根据本发明实施例1的激光雷达数据的验证方法的应用例。
在本应用例中，激光雷达数据的验证方法包括以下步骤：
(A1)获得激光雷达的原始信号Plidar(hi)，具体为：
Figure BDA0002256802940000046
其中，i＝1,2,3,···n，hi为不同位置处的高度；C为激光雷达系统常数(W·km3·Sr)，βα(hi)，βm(hi)分别为距离hi处的气溶胶后向散射系数
Figure BDA0002256802940000047
和大气分子后向散射系数
Figure BDA0002256802940000048
αa(hi),αm(hi)分别为距离hi处气溶胶消光系数(km-1)和大气分子的消光系数；
获得温度廓线T(hi)，具体方式为：
利用气象传感器获得高度h0处的温度T(h0)，进而得到温度廓线T(hi):
T(hi)＝T(hi-1)+ΔT(hi)·(hi-hi-1)，
Figure BDA0002256802940000051
利用气象传感器获得高度h0处的大气压强P(h0)，进而得到大气压强廓线P(hi)：
Figure BDA0002256802940000052
g为重力加速度，M0为大气分子质量，R为气体常数；
(A2)根据所述温度廓线和大气压强廓线，获得大气分子的后向散射系数廓线βm(hi)以及消光系数廓线αm(hi)：
Figure BDA0002256802940000053
a＝3.6139×10-4，单位为
Figure BDA0002256802940000054
b＝3.0277×10-2，单位为K·J-1·m-1，λ为激光雷达的波长，单位为nm；
(A3)获得变化率：
Figure BDA0002256802940000055
Figure BDA0002256802940000056
[hmin,hmax]为高度区间，n为所述高度区间内的数据点数；hnoise为噪声段高度区间，
Figure BDA0002256802940000057
(A4)判断偏差
Figure BDA0002256802940000058
是否超出阈值：
如未超出，正常测量；
若超出，表明当前激光雷达数据无法匹配当前大气的分布，需要调整激光雷达，并返回到步骤(A1)；
所述调整的方式为：
调整激光雷达发射光路和/或接收光路：激光器发出的测量光依次经过扩束单元、双楔形棱镜(两个棱镜的倾斜面相对设置)后，依次被第一反射镜和第二反射镜反射，从而射入大气中；通过调整双楔形棱镜，从而改变测量光在第二反射镜上的出射方向，进而使得所述发射光路和接收光路同轴。
上述实施例仅是示例性地给出了偏差为
Figure BDA0002256802940000061
的情况，当然还可以是其他方式，如
Figure BDA0002256802940000062
或
Figure BDA0002256802940000063
或
Figure BDA0002256802940000064
选择的偏差的表达式不同，阈值也不同。

Claims (8)

1.激光雷达数据的验证方法，其特征在于：所述激光雷达数据的验证方法包括以下步骤：
(A1)获得激光雷达的原始信号Plidar(hi)，温度廓线T(hi)以及大气压强廓线P(hi)，i＝1,2,3,…n，hi为不同位置处的高度；
(A2)根据所述温度廓线和大气压强廓线，获得大气分子的后向散射系数廓线βm(hi)以及消光系数廓线αm(hi)：
Figure FDA0002256802930000011
a＝3.6139×10-4，单位为
Figure FDA0002256802930000012
b＝3.0277×10-2，单位为K·J-1·m-1，λ为激光雷达的波长，单位为nm；
(A3)获得变化率：
Figure FDA0002256802930000013
Figure FDA0002256802930000014
[hmin,hmax]为高度区间，n为所述高度区间内的数据点数；
(A4)判断变化率K1、K2间偏差Error是否超出阈值：
若超出，表明当前激光雷达数据无法匹配当前大气的分布；
如未超出，正常测量。
2.根据权利要求1所述的激光雷达数据的验证方法，其特征在于：在步骤(A4)中，如所述偏差超出阈值，则调整激光雷达，并返回到步骤(A1)。
3.根据权利要求2所述的激光雷达数据的验证方法，其特征在于：所述调整的方式为：
调整激光雷达发射光路和/或接收光路，使得所述发射光路和接收光路同轴。
4.根据权利要求1所述的激光雷达数据的验证方法，其特征在于：
Figure FDA0002256802930000021
hnoise为噪声段高度区间。
5.根据权利要求1所述的激光雷达数据的验证方法，其特征在于：所述温度廓线T(hi)为：
Figure FDA0002256802930000022
6.根据权利要求1所述的激光雷达数据的验证方法，其特征在于：所述大气压强廓线P(hi)为：
Figure FDA0002256802930000023
g为重力加速度，M0为大气分子质量，R为气体常数。
7.根据权利要求1所述的激光雷达数据的验证方法，其特征在于：所述原始信号Plidar(hi)为大气颗粒物的米散射回波功率。
8.根据权利要求1所述的激光雷达数据的验证方法，其特征在于：偏差Error为：
Figure FDA0002256802930000024
和
Figure FDA0002256802930000025
中的任一个。
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