[发明专利]一种基于经验模型的激光雷达衰减估计方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于经验模型的激光雷达衰减估计方法及系统，该方法包括：根据大气分子对激光雷达衰减特性的影响构建第一经验模型；根据大气微粒对激光雷达在大气中传输的影响构建第二经验模型；整合第一经验模型和第二经验模型，得到最终经验模型；获取大气参数并导入最终经验模型，得到衰减估计结果。该系统包括：第一经验模型构建模块、第二经验模型构建模块、整合模块和衰减估计模块。通过使用本发明，能够快速且准确生成激光雷达在大气传播的衰减结果。本发明作为一种基于经验模型的激光雷达衰减估计方法及系统，可广泛应用于激光雷达领域。

技术领域

本发明涉及激光雷达领域，尤其涉及一种基于经验模型的激光雷达衰减估计方法及系统。

背景技术

激光雷达是以激光为辐射源和载频，具有波长短、光束质量高、定向性强等优点，广泛 应用于大气探测等。在大气探测中，影响激光雷达探测能力的主要因素是激光雷达能量信号 在大气中的传输特性。由于激光雷达在大气中传输时会与大气层中气体分子、气溶胶等相互 作用，引起激光传输的衰减。

大气对激光雷达信号衰减的影响主要包含两个方面：一方面是由于大气分子吸收和散射 效应造成的辐射能量损失，另一方面大气中悬浮的气溶胶粒子(如：霾、云、雾、雨、雪) 吸收和散射效应引起的信号衰减。现有关于衰减的理论模型往往需要大规模的实验进行参数 测定、同时计算量大、实时性较差，因此结果可能很少有实用价值，而现有的经验和半经验 模型由于远距离的激光雷达实验无法构建，使得误差精度比较大。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于经验模型的激光雷达衰减估计方 法及系统，能够通用、快速、准确地评估激光雷达在大气传输的衰减特性结果。

本发明所采用的第一技术方案是：一种基于经验模型的激光雷达衰减估计方法，包括以 下步骤：

根据大气分子对激光雷达衰减特性的影响构建第一经验模型；

根据大气气溶胶对激光雷达在大气中传输的影响构建第二经验模型；

整合第一经验模型和第二经验模型，得到最终经验模型；

获取大气参数并导入最终经验模型，得到衰减估计结果。

进一步，还包括：

对最终经验模型进行分析，得到激光雷达衰减特性的影响因素；

根据激光雷达衰减特性的影响因素提出衰减抑制手段。

进一步，所述根据大气分子对激光雷达衰减特性的影响构建第一经验模型这一步骤，其 具体包括：

根据大气分子对激光雷达衰减特性的影响，基于瑞利散射理论分析，建立第一理论模型；

忽略大气分子吸收效应(k_m(r))，基于分子散射效应对第一理论模型进行数学分析和化 简，得到第一经验模型。

进一步，所述第一经验模型的公式表示如下：

上式中，β_m表示分子散射系数，N表示分子数密度，P表示压强，T表示温度，Ar表 示影响参数，λ表示激光雷达波长。

进一步，所述根据大气气溶胶对激光雷达在大气中传输的影响构建第二经验模型这一步 骤，其具体包括：

根据大气微粒对激光雷达在大气中传输的影响，基于Mie散射理论进行分析，建立第二 理论模型；

对第二理论模型中的消光截面进行化简并进行函数拟合，得到第二经验模型。

进一步，对于雾天气，所述第二经验模型的公式表示如下：