[发明专利]一种水汽测量拉曼激光雷达系统标定装置的标定方法

说明书

本发明公开了一种水汽测量拉曼激光雷达系统标定装置的标定方法，装置由水汽拉曼系统、标定舱、湿度传感器、气压传感器、温度传感器、水汽发生器组成。方法为在标定舱中放置了湿度传感器、气压传感器、温度传感器、水汽发生器，水汽拉曼系统位于标定舱外部并向标定舱发射脉冲激光束，激光束穿过标定舱并向外传播。脉冲激光束激发的后向散射回波信号被水汽拉曼系统的望远镜接收。取标定舱内的湿度传感器、气压传感器、温度传感器数据及水汽拉曼系统在该位置所得到的H₂O和N₂振动转动拉曼散射回波信号比代入标定公式，可以计算出标定参数。本发明避免了常规的探空气球标定的时域变化引起精度大大降低，提高了标定方法的精度和便利性。

技术领域

本发明涉及一种拉曼激光雷达系统标定装置及方法，具体涉及一种水汽测量拉曼激光雷达系统标定装置的标定方法。

背景技术

水汽是水在大气中的气态形式，它在大气中的含量很小，但却是大气中最活跃的成分，因为水汽是大气温度变化范围内唯一可以发生相变的成分，所以它在天气过程，气候变化，地气系统的能量交换等过程中具有极其重要的作用。目前用来测量水汽垂直分布的技术手段主要有气象探空气球、微波辐射计、拉曼系统等。其中拉曼系统作为一种主动的光学遥感测量工具，通过接收发射激光激发的氮气分子和水汽分子的振动转动拉曼散射回波信号来得到水汽混合比，由于其较高的空间分辨率和灵敏度以及简单的数据反演算法，在大气水汽的测量上受到广泛的关注。

为了提高水汽拉曼系统的探测精度，需对其进行标定。常见的水汽拉曼系统标定方法是无线电探空仪法，其优点是探测高度大，可达几十千米，成本相对较低，缺点是无线电探空仪会受到使用时间和空间的限制，是一次性的观测手段，受气象条件、航空管制、人为因素的影响较大，并且随着上升过程位置的偏移，导致探测数据与真实位置数据存在一定误差，另外无线电探空仪采用的是现代碳湿敏元件，稳定性受温度影响较大且具有滞后性，特别是从高湿到低湿的环境时，无法精确显示湿度变化。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种结构简单，使用方便的拉曼系统标定装置及标定方法，能够实现激光雷达在短距离内的高精度标定。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种水汽测量拉曼激光雷达系统标定装置，包括水汽拉曼系统、标定舱、温度传感器、湿度传感器、气压传感器、水汽发生器；

所述温度传感器、湿度传感器、气压传感器和水汽发生器位于标定舱内部，水汽发生器用于改变标定舱内部的水汽含量；

所述水汽拉曼系统设于标定舱外部一侧，用于向标定舱发射脉冲激光束。

作为上述方案的优选，所述标定舱与所述水汽拉曼系统的距离在50-100m之间。

一种水汽测量拉曼激光雷达系统标定装置的标定方法，包括以下步骤：

步骤1：将所述水汽拉曼系统向水平方向发射脉冲激光束，保证发射和接收光路中没有障碍物；

步骤2：将所述温度传感器、湿度传感器、气压传感器和水汽发生器安装于标定舱内部进行高精确数值测量；

步骤3：将所述标定舱内的水汽发生器保持开启，待湿度传感器数值稳定后，开启水汽拉曼系统；

步骤4：所述水汽拉曼系统向标定舱发射脉冲激光束，激光穿过标定舱并向外传输；

步骤5：水汽拉曼系统和温度传感器、湿度传感器、气压传感器同时进行测量；

步骤6：取温度传感器、湿度传感器、气压传感器的数值及水汽拉曼系统的H₂O和N₂振动转动拉曼散射回波信号比，计算出水汽混合比标定常数。