CN212540697U - 一种利用无人机传感器对臭氧雷达质控的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种利用无人机传感器对臭氧雷达质控的装置，包括无人飞行器、监测传感器、数据传输装置、比对仪器和数据处理模块；所述无人飞行器上搭载有监测传感器和三维坐标感知模块，所述监测传感器通过数据传输装置将数据传输至数据处理模块，与同时段比对仪器的数据进行校准。本实用新型操作便捷，经济实用，结果准确，且在相对复杂的环境下，可以移动式进行质控，无需将标准机移动至待质控设备所在地区所要花费的大量运输成本。

Description

一种利用无人机传感器对臭氧雷达质控的装置

技术领域

本实用新型主要涉及大气臭氧探测激光雷达领域，尤其涉及一种利用无人机传感器对臭氧雷达质控的装置。

背景技术

2013年上半年环保部相关报告显示，臭氧已成为我国大气中除PM2.5外的主要污染物，光化学烟雾风险不断累积。臭氧治理将成大气污染治理的下一个亮点。每年进入夏季以后，随着气温不断上升，在很多城市，臭氧代替PM2.5(细颗粒物)，成为首要大气污染物。

臭氧形成机理复杂、控制难度大，发达国家至今也尚未妥善解决。大气臭氧探测激光雷达利用臭氧对激光波长的吸收差别，确定脉冲激光共同路径上臭氧的浓度，从而实现了对臭氧时空分布的探测。大气臭氧探测激光雷达还集成了多种成熟稳定的激光雷达核心技术，不仅可以对污染区域进行有效的监测，填补了国内臭氧高空探测的空白，确定其来源、输送，还能对即将发生的重大污染事件进行有效预防,为污染物的跨国界输送也提供了技术、设备支持。

现如今，激光雷达技术已经在环境监测领域大量装备，为灰霾和光化学污染的研究提供了重要技术手段和高端设备。自2013年，大气细粒子和臭氧激光雷达在京津冀地区建立了立体监测网络以来，激光雷达技术一直保持着良好的工作状态，并为我国的大气监测提供了有力的技术支撑。激光雷达技术不仅应用于环境保护业务部门，研究大气细粒子特性与灰霾形成机制，开展城市光化学反应过程探测；还应用于气象探测部门，研究气溶胶的气象、气候变化效应。

然而，在雷达组网中，由于不同的激光雷达之间的激光器特性、探测器特性、雷达装调等方面都存在较大的差异。而且同样的一台设备，随着时间的推移，仪器本身的参数变化，或者一些人为的干扰，设备之间的误差逐渐变大，并且设备自身的数据准确性也难以确认准确性。所以，我们需要对雷达进行定期的标定来确保雷达探测数据的准确性。传统的标定方法一般为探空气球和铁塔高空比对，成本和对场地的要求都很高，无法作为常规手段来定期标定。

已公开中国发明专利，申请号CN201510698208.X，专利名称：一种雷达探测威力的测量方法，申请日：2015-10-23，本实用新型涉及本实用新型涉及一种雷达探测威力的测量方法，本方法通过将铝金属定标体系留在探空气球或旋翼机上并带到空中；记录雷达探测定标体目标回波信号AGC0和探测距离R0，将所述的回波信号AGC0和探测距离R0作为标准参考值；记录任意空中飞机目标的雷达回波信号AGC和探测距离R；获得所述任意空中飞机目标的RCS值作为测量值σ，公式如下：

得到测量值σ；根据试验雷达威力指标值σs、探测距离R和雷达公式获得试验雷达回波信号AGCs；将所述的铝金属定标体的RCS值作为标准值σ0；通过所述的测量值σ、任意空中飞机目标的雷达回波信号AGC、探测距离R、试验雷达的威力指标值σs和试验雷达回波信号AGCs得到试验雷达的探测威力Rs，公式为

实用新型内容

针对现有技术的上述缺陷，本实用新型提供一种利用无人机传感器对臭氧雷达质控的装置，包括无人飞行器1、监测传感器2、数据传输装置、比对仪器11和数据处理模块；

所述无人飞行器1上搭载有监测传感器2和三维坐标感知模块，所述监测传感器2通过数据传输装置将数据传输至数据处理模块，与同时段比对仪器11的数据进行校准。

优选的，无人飞行器1采用多旋翼机型。

优选的，监测传感器2的时间分辨率和被比对仪器11的激光雷达的时间分辨率保持一致。

优选的，比对仪器11搭载三维扫描装置。

优选的，监测传感器2采用臭氧分析仪或二氧化氮分析仪或二氧化硫分析仪或颗粒物分析仪，对应的所述被比对仪器11采用臭氧激光雷达或二氧化氮激光雷达或二氧化硫激光雷达或颗粒物激光雷达。

优选的，比对仪器11中的颗粒物激光雷达包括发射光路系统与其对接的接收光路系统；所述发射光路系统，包括依次相接的激光器、拉曼频移器和折反镜；所述接收光路系统，依次包括卡塞格林望远镜、和准直透镜、分光镜、反射镜、滤光片。

优选的，比对仪器11装配有三维扫描装置，所述三维扫描装置通过数据传输装置将数据传输至数据处理系统。

本实用新型的有益效果：操作便捷，经济实用，结果准确，且在相对复杂的环境下，可以移动式进行质控，无需将标准机移动至待质控设备所在地区所要花费的大量运输成本。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的使用中的结构示意图；

图3为本实用新型的结构框图；

图4为本实用新型中关于颗粒物激光雷达的光路示意图；

图5为本实用新型中关于无人飞行器的结构示意图；

图中，

1、无人飞行器；2、监测传感器；3、激光器；4、拉曼频移器；5、折反镜；6、卡塞格林望远镜；7、分光镜；8、准直透镜；9、反射镜；10、滤光片；11、比对仪器。

具体实施方式

为了使本技术领域人员更好地理解本实用新型的技术方案，并使本实用新型的上述特征、目的以及优点更加清晰易懂，下面结合实施例对本实用新型做进一步的说明。实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。

如图1-5所示可知，本实用新型包括有：包括无人飞行器1、监测传感器2、数据传输装置、比对仪器11和数据处理模块；

所述无人飞行器1上搭载有监测传感器2和三维坐标感知模块，所述监测传感器2通过数据传输装置将数据传输至数据处理模块，与同时段比对仪器11的数据进行校准。

在本实施中优选的，无人飞行器1采用多旋翼机型。

设置上述结构，无人飞行器1可为多旋翼，核心功能需要能够悬停，无人飞行器1需要配置三维坐标感知系统，置于无人飞行器1内部，可随时反馈无人飞行器1三维坐标，和激光雷达探测的区域保持一致，需要具备一定的负重能力，并且需要具备一定的续航能力。

在本实施中优选的，监测传感器2的时间分辨率和被比对仪器11的激光雷达的时间分辨率保持一致。

设置上述结构，保证数据对比的一致性，利于质控的效果。

在本实施中优选的，比对仪器11搭载三维扫描装置。

设置上述结构，三维扫描装置可具备水平360°和垂直360°旋转扫描功能，配置三维扫描装置的激光雷达可以将出射光的方向进行任意方向的调整，可以减小和无人飞行器1质控系统悬停位置的偏差。

在本实施中优选的，监测传感器2采用臭氧分析仪或二氧化氮分析仪或二氧化硫分析仪或颗粒物分析仪，对应的所述被比对仪器11采用臭氧激光雷达或二氧化氮激光雷达或二氧化硫激光雷达或颗粒物激光雷达。

设置上述结构，不局限质控的类型，提高装置的适用性。

在本实施中优选的，比对仪器11中的颗粒物激光雷达包括发射光路系统与其对接的接收光路系统；

所述发射光路系统，包括依次相接的激光器3、拉曼频移器4和折反镜5；

所述接收光路系统，依次包括卡塞格林望远镜6、准直透镜8、分光镜7、反射镜9和滤光片10。

设置上述结构，在使用中，准直透镜8出来的平行光进入分光镜7，经过反射分束后的光经过滤光片10，也可以替换为光栅，再通过不同的光电倍增管，然后进行信号放大并进行光电转化；最后电信号进入采集模块，输送到PC端。

臭氧激光雷达采用差分吸收原理，激光器工作时向外发出线性激光束，经过拉曼系统后变为两束或以上的波长，依次经过反射镜后出射至大气中和待吸收气体发生差分吸收反应，光束返回后被卡塞格林式望远镜接收，然后通过光栅或者滤光片，分束后的光分别通过不同的光电倍增管以及放大电路，依次转化为电信号，电信号由采集模块进行处理后输送到数据处理系统。

在本实施中优选的，比对仪器11装配有三维扫描装置，所述三维扫描装置通过数据传输装置将数据传输至数据处理系统。

设置上述结构，比对仪器11装配三维扫描装置，可对任何一个方向进行定向扫描，因此在某些禁飞区域，无人飞行器1依然可以灵活的对待测装置进行校准；此外数据传输装置采用移动互联网终端。

在使用中，采用标准化的臭氧分析仪、二氧化氮分析仪、二氧化硫分析仪或颗粒物分析仪作为比对参照物，相比起目前传统的探空气球法更加的便捷，更加的经济实用，相比起用标准机间接质控的方式，又更加的准确，在相对复杂的环境下，可以移动式进行质控，无需将标准机移动至待质控设备所在地区所要花费的大量运输成本。

通过以下步骤进行对臭氧激光雷达进行质控：

第一步：无人飞行器1上搭载监测传感器2并设置有三维坐标感知系统探测200m以上区域内臭氧浓度分布信息，同时被比对仪器11发出的雷达与搭载监测传感器2的无人飞行器1在同一区域；

第二步：获取无人飞行器1内监测传感器2某一时段的垂直观测数据和同一时段的被比对仪器11的数据，通过数据传输装置传递至数据处理系统，数据处理系统中的数据对比系统进行校准。

上述实施例仅例示性说明本专利申请的原理及其功效，而非用于限制本专利申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本专利申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本专利申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本专利请的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种利用无人机传感器对臭氧雷达质控的装置，其特征在于，包括无人飞行器(1)、监测传感器(2)、数据传输装置、比对仪器(11)和数据处理模块；

所述无人飞行器(1)上搭载有监测传感器(2)和三维坐标感知模块，所述监测传感器(2)通过数据传输装置将数据传输至数据处理模块，与同时段比对仪器(11)的数据进行校准。

2.根据权利要求1所述的利用无人机传感器对臭氧雷达质控的装置，其特征在于：所述无人飞行器(1)采用多旋翼机型。

3.根据权利要求2所述的利用无人机传感器对臭氧雷达质控的装置，其特征在于：所述监测传感器(2)的时间分辨率和被比对仪器(11)的激光雷达的时间分辨率保持一致。

4.根据权利要求3所述的利用无人机传感器对臭氧雷达质控的装置，其特征在于：所述比对仪器(11)搭载三维扫描装置。

5.根据权利要求4所述的利用无人机传感器对臭氧雷达质控的装置，其特征在于：所述监测传感器(2)采用臭氧分析仪或二氧化氮分析仪或二氧化硫分析仪或颗粒物分析仪，对应的所述被比对仪器(11)采用臭氧激光雷达或二氧化氮激光雷达或二氧化硫激光雷达或颗粒物激光雷达。

6.根据权利要求5所述的利用无人机传感器对臭氧雷达质控的装置，其特征在于：所述比对仪器(11)中的颗粒物激光雷达包括发射光路系统与其对接的接收光路系统；所述发射光路系统，包括依次相接的激光器、拉曼频移器和折反镜；所述接收光路系统，依次包括卡塞格林望远镜、和准直透镜、分光镜、反射镜、滤光片。

7.根据权利要求6所述的利用无人机传感器对臭氧雷达质控的装置，其特征在于：所述比对仪器(11)装配有三维扫描装置，所述三维扫描装置通过数据传输装置将数据传输至数据处理系统。

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