[发明专利]一种多视场激光雷达视场角标定方法

说明书

本发明公开了一种多视场激光雷达视场角标定方法，基于重叠因子随发射光轴与接收光轴之间角度的夹角变化而变化，计算出接收系统的视场范围，从而实现多视场海洋激光雷达系统的视场角精确计算，有助于实现多视场激光雷达水体光学特性参数和生物参数的反演。本发明的方法能够在实验室环境下实现多个视场的视场角标定测量，巧妙地克服了由于视场光阑和焦距难以测量而导致的视场测算困难问题，操作简便，测量精度高，而获取高精度的多视场角信息更有助于提高多视场海洋激光雷达的反演精度。

技术领域

本发明属于海洋激光雷达技术领域，尤其是涉及一种多视场激光雷达视场角标定方法。

背景技术

海洋占地球表面的71％，其中蕴藏着丰富且多样的资源和能源，人们需要拓展生存发展空间、解决资源短缺的问题，就必须对海洋进行探索，深入学习海洋科学知识，充分开发利用海洋资源。

目前的海洋探测手段包括原位仪器、被动遥感和主动遥感，其中主动遥感领域的激光雷达由于其能够实现昼夜探测、不受纬度限制、可获取海洋垂直剖面信息等优势获得广泛关注，成为了一种重要的海洋探测手段。海洋激光雷达利用激光脉冲的飞行时间和能量强度获取海洋的水体参数信息，脉冲的飞行时间反映了海水深度，脉冲的能量强度反映了水体的固有光学特性。然而由于海水的复杂性与致密性，激光在海水中将会发生强烈的多次散射，造成时间和空间的激光脉冲展宽，导致激光雷达的衰减偏离理想情况，给水体的固有光学特性反演带来了问题。而在未来的工作中，可以通过设置多个视场的接收通道，提取多视场通道信号，用于分析多次散射过程，在获取更高精度水体光学参数的同时，还能够实现颗粒粒径分布、叶绿素等特性的探测，是未来重点发展的方向之一。

而在多视场激光雷达的使用及反演过程中，需要对系统的视场角进行标定。在现有的研究中，公开号为CN107976686A的中国专利文献基于参数灵敏度评价方法，讨论了工作在蓝绿激光波段的海洋激光雷达视场角选择问题，然而该方法仅对多视场海洋激光雷达设置进行了优化，并未提及多视场激光雷达视场角如何测算。公开号为CN107831485A的中国专利提出了一种船载多视场激光雷达的数据反演方法，而在其中默认了视场角已知，并未考虑过视场角测量的难度。

因此，亟需提出一种能够应用于多视场激光雷达的视场角标定方法，为多视场激光雷达的反演提供准确的系统视场角参数。

发明内容

针对现有多视场激光雷达反演在海洋水体固有光学特性参数探过程中，需要提前获取不同视场的视场角大小的问题，本发明提供了一种多视场激光雷达视场角标定方法，能够在实验室环境下实现高精度的系统接收通道视场角大小测量。

一种多视场激光雷达视场角标定方法，包括以下步骤：

(1)准备多视场激光雷达接收视场的定标面，置于激光雷达系统前方；

(2)通过可调节的反射镜，调节激光器的激光出射方向，计算出激光出射位置与定标面之间的垂直距离，记为d；

(3)打开需要定标的接收通道，通过可调节的反射镜移动光斑位置，若信号处于视场内，则激光波形信号幅值不会改变，将此时信号的幅值记为V_m；

(4)将激光光斑从视场内沿某一方向移动至视场边缘，当信号幅值开始减小时，放缓光斑移动的速度，当信号幅值下降到0.5V_m时，记录下此时激光光斑的位置，标记为点A₁；

(5)将光斑移动回视场内，换一个方向继续移动光斑；按照步骤(4)同样的方法找到两个新的边缘点，标记为点B₁、C₁；

(6)测量A₁、B₁、C₁三点之间的距离，分别记为a₁、b₁、c₁，则需要定标的接收视场的视场角FOV₁表示为：