[发明专利]一种基于激光雷达的烟羽通量测量方法及装置

权利要求书

1.一种基于激光雷达的烟羽通量测量方法，其特征在于，包括：

S1、利用扫描式差分吸收激光雷达进行PPI扫描，根据扫描结果获取目标烟羽位置信息；包括：

S11，利用扫描式差分吸收激光雷达进行PPI扫描；其中PPI扫描包括：以预设的仰角和方位角范围对目标平面进行扫描；其中，所述仰角A固定在预设的角度，所述方位角B按预定的角度间隔改变；0＜A＜10°；0＜B＜180°；

S12，获取每次PPI扫描对应的回波信号，并依据各个所述回波信号，计算目标参数在目标平面的分布；

S13，根据目标参数在目标平面的分布筛选出目标烟羽，并获取目标烟羽的位置信息；

S2、根据目标烟羽的位置信息，将扫描式差分吸收激光雷达放置在目标烟羽的下方；

S3、获取目标烟羽位置的风场信息，所述风场信息包括风速和风向；其中获取目标烟羽位置的风场信息，包括：

S31、利用扫描式差分吸收激光雷达进行VAD扫描；其中VAD扫描包括：以预设的仰角和方位角对目标测量区域进行至少三次雷达扫描；其中，所述仰角A固定在预设的角度，所述方位角B为至少三个不重合的角度；0＜A＜90°；

S32、获取每次VAD扫描对应的回波信号，并依据各个所述回波信号，计算目标区域的三维风场信息；

或，获取目标烟羽位置的风场信息，包括：根据步骤S1中PPI扫描的结果，计算水平二维风速矢量，所述水平二维风速矢量包括水平风速和水平风向；

S4、利用扫描式差分吸收激光雷达进行RHI扫描；其中RHI扫描包括：以预设的仰角A和方位角B范围，在规定的扫描时段内，按预设的时间间隔和角度间隔对目标测量区域进行雷达扫描；其中，所述方位角B固定在预设的角度，所述仰角A随时间变化，0＜A≤90°，0＜B≤360°；

S5、获取每次RHI扫描对应的回波信号，并依据各个所述回波信号，利用预设的差分吸收算法计算扫描范围内目标气体的浓度分布；

S6、根据所述目标气体的浓度分布，筛选出目标气体的浓度高于预设的阈值的区域作为烟羽截面；

S7、根据所述风场信息计算所述烟羽截面的法向速度；

S8、根据烟羽截面上的气体浓度分布和法向速度计算目标气体的烟羽通量。

2.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达的烟羽通量测量方法，其特征在于，步骤S8、根据烟羽截面上的气体浓度分布和法向速度计算目标气体的烟羽通量，包括：

；

其中为目标气体的烟羽通量，为烟羽截面的法向速度，为湿空气的数密度，为目标气体的摩尔质量，为阿伏伽德罗常数，为烟羽截面的面积单元，为目标气体的浓度。

3.根据权利要求2所述的一种基于激光雷达的烟羽通量测量方法，其特征在于，烟羽截面的面积单元由RHI扫描的角度间隔和激光雷达的距离分辨率确定。

4.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达的烟羽通量测量方法，其特征在于，步骤S31中，以预设的仰角和方位角对目标测量区域进行至少三次雷达扫描，包括：

所述至少三次雷达扫描的扫描光束不在同一平面，预设的方位角角度间隔为90°，仰角A固定在预设的角度，45°＜A＜90°。

5.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达的烟羽通量测量方法，其特征在于，步骤S12中，目标参数包括：大气后向散射系数、激光雷达回波功率、大气消光系数和目标气体浓度中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达的烟羽通量测量方法，其特征在于，所述扫描式差分吸收激光雷达为相干差分吸收激光雷达；或者，所述扫描式差分吸收激光雷达为直接探测差分吸收激光雷达。

7.一种用于实现权利要求1-6任一项所述方法的基于激光雷达的烟羽通量测量装置，其特征在于，包括：

烟羽定位模块，用于利用扫描式差分吸收激光雷达进行PPI扫描，根据扫描结果获取目标烟羽位置信息；

雷达定位模块，用于根据目标烟羽的位置信息，将扫描式差分吸收激光雷达放置在目标烟羽的下方；

风场测量模块，用于获取目标烟羽位置的风场信息，所述风场信息包括风速和风向；

RHI扫描模块，用于利用扫描式差分吸收激光雷达进行RHI扫描；其中RHI扫描包括：以预设的仰角A和方位角B范围，在规定的扫描时段内，按预设的时间间隔和角度间隔对目标测量区域进行雷达扫描；其中，所述方位角B固定在预设的角度，所述仰角A随时间变化，0＜A＜90°，0＜B≤360°；

气体浓度测量模块，用于获取每次RHI扫描对应的回波信号，并依据各个所述回波信号，利用预设的差分吸收算法计算扫描范围内目标气体的浓度分布；

烟羽截面获取模块，用于根据所述目标气体的浓度分布，筛选出目标气体的浓度高于预设的阈值的区域作为烟羽截面；

法向速度计算模块，用于所述风场信息计算所述烟羽截面的法向速度；

通量计算模块，用于根据烟羽截面上的气体浓度分布和法向速度计算目标气体的烟羽通量。