非相干多普勒激光雷达灵敏度的直接测量方法
【专利摘要】非相干多普勒激光雷达灵敏度的直接测量方法，包括将发射激光频率调节到基准频率ν0处，对大气后向散射光进行测量，得到径向风速为VLOS测＝0时的零风速比值r0；将发射激光频率调节到ν0+Δν处，对大气后向散射光进行测量，得到径向风速为VLOS测＝–Δνλ/2时的风速比RW,+；将发射激光频率调节到ν0–Δν’处，对大气后向散射光进行测量，得到径向风速为VLOS测＝Δν’λ/2时的风速比RW,–；利用零风速比值r0以及风速比RW,+和RW,-，通过最小二乘法求出dRW/dν，进而得到灵敏度S。本发明能够最大限度消除理论计算时大气温度和大气分子散射模型引入的约3m/s的风速误差，提高非相干多普勒激光雷达的风速测量精度。
【专利说明】非相干多普勒激光雷达灵敏度的直接测量方法

【技术领域】
[0001] 本发明属于激光雷达【技术领域】，具体涉及基于碘分子滤波器的非相干测风激光雷 达中对灵敏度的一种精确的直接测量方法一非相干多普勒激光雷达灵敏度的直接测量 方法。

【背景技术】
[0002] 多普勒激光雷达进行风速测量时，根据多普勒原理，表征风速的大气分子或气溶 胶粒子的整体运动，会使后向散射激光的频率发生偏移，即多普勒频移。径向风速为Vub时， 大气后向散射光产生的多普勒频移为△V= - 2VMS/A(其中A为激光波长）。非相干多 普勒激光雷达的频率检测器件（如碘分子吸收滤波器）具有陡峭的吸收边缘（图1)，其吸 收强度随频率的变化而迅速变化。因此，大气后向散射光通过碘分子吸收器时，随着径向风 速Vufi引起的多普勒频移△V的不同，后向散射光的透过率发生相应的变化。非相干多普 勒激光雷达通过探测后向散射光的透过率，根据透过率与径向风速的关系，反演出径向风 速，进而得到水平风速。
[0003] 非相干多普勒激光雷达的测量值是大气后向散射光通过碘分子吸收器时的透过 率，即测量通道与参考通道的比值，定义为风速比心。为了从测量值（风速比心）反演出径 向风速，必须首先得到测量值与径向风速Vufi的关系，即灵敏度。
[0004] 灵敏度是指测量仪器对一个单位的被测值的响应率，它是描述一个测量仪器的重 要指标，通常用来表示一个测量仪器的测量能力。对于非相干多普勒激光雷达来说，通过测 量两个通道的比值，即风速比，来得到径向风速。因此，我们将测风激光雷达的灵敏度S定 义为，单位径向风速引起的风速比的变化率：
[0005]

【权利要求】
1.非相干多普勒激光雷达灵敏度的直接测量方法，包括w下步骤： (1) .通过调节激光雷达的扫描转镜，改变激光的发射方向，使激光束垂直向上发射； (2) .通过设置激光器的控制电压，调节种子激光器激光晶体的温度，W改变种子激光 的频率，从而改变激光雷达发射激光的频率； (3) .利用步骤2的改变激光雷达发射激光的频率的方法，首先将发射激光频率调节到 基准频率V。处，对大气后向散射光进行测量，得到径向风速为Vws;?= 0时的零风速比值 r〇 ; 其特征在于包括W下步骤： (4) .利用步骤2的改变激光雷达发射激光的频率的方法，将发射激光频率调节到 Vu+A V处，对大气后向散射光进行测量，得到径向风速为- A V入/2时的风速比 Rw, +; 其中，A V是透过率为0.7时所对应的频率与基准频率的偏差，A是激光波长A = 532nm ； (5) .利用步骤2的改变激光雷达发射激光的频率的方法，将发射激光频率调节到 V。- A V'处，对大气后向散射光进行测量，得到径向风速为A V' A/2时的风速 比 Rw,-; 其中，A V '是透过率为0. 3时所对应的频率与基准频率的偏差，A是激光波长A = 532nm ; (6) .利用步骤3测得的零风速比值r。W及步骤4和步骤5测得的风速比和R",_， 通过最小二乘法求出dR"/dv，进而得到灵敏度S。如上述公式（1)中灵敏度的表达式。
【文档编号】G01S7/497GK104345307SQ201410536193
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年10月12日 优先权日:2014年10月12日
【发明者】刘秉义, 刘智深, 冯长中 申请人:中国海洋大学