一種實時標(biāo)定差分光柱像運(yùn)動激光雷達(dá)信標(biāo)高度的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種實時標(biāo)定差分光柱像運(yùn)動激光雷達(dá)信標(biāo)高度的方法，首先利用探測器的門控功能和雷達(dá)起始探測高度激光信標(biāo)成像的銳利邊緣來實時標(biāo)定激光信標(biāo)高度與激光成像位置的關(guān)系；然后統(tǒng)計其他高度激光束在焦平面的成像位置與起始探測高度激光成像銳利邊緣的間距，利用物像關(guān)系根據(jù)成像間距計算其他高度激光束的對應(yīng)高度。本發(fā)明能夠?qū)崟r標(biāo)定激光信標(biāo)的對應(yīng)高度，標(biāo)定過程不需要有云的天氣并且能夠有效克服儀器抖動對信標(biāo)高度標(biāo)定的影響。
【專利說明】 一種實時標(biāo)定差分光柱像運(yùn)動激光雷達(dá)信標(biāo)高度的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)標(biāo)定方法領(lǐng)域，具體是一種實時標(biāo)定差分光柱像運(yùn)動激光雷達(dá)信標(biāo)高度的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]差分光柱像運(yùn)動雷達(dá)以傾斜焦平面同時對較大高度范圍的激光束連續(xù)成像，通過統(tǒng)計不同高度的激光束在探測器成像的差分抖動大小來測量大氣相干長度廓線。由于不同高度的激光束在焦平面連續(xù)成像，因此需要知道激光束的高度與激光束在探測器的成像位置對應(yīng)關(guān)系。如何準(zhǔn)確確定探測高度范圍內(nèi)的激光束高度與成像位置的關(guān)系是差分光柱像運(yùn)動激光雷達(dá)測量大氣相干長度廓線的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)?，F(xiàn)有報道的差分光柱像運(yùn)動雷達(dá)標(biāo)定信標(biāo)高度的方式為，在有云的天氣條件下利用云層的高度來標(biāo)定接收望遠(yuǎn)鏡的初始仰角，然后降低望遠(yuǎn)鏡仰角測量云層以下的激光束；該標(biāo)定方法實時性差，受限于天氣條件(需要在有云的天氣條件標(biāo)定望遠(yuǎn)鏡的初始仰角)，而且要求發(fā)射激光束和接收望遠(yuǎn)鏡軸線的夾角相對穩(wěn)定，容易受儀器抖動特別是接收望遠(yuǎn)鏡抖動的干擾。差分光柱像運(yùn)動雷達(dá)的優(yōu)勢是實時測量湍流廓線；在儀器受到外力(機(jī)械振動、風(fēng)力等)干擾而抖動時需要實時確定激光束成像的對應(yīng)高度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種實時標(biāo)定差分光柱像運(yùn)動激光雷達(dá)信標(biāo)高度的方法，利用激光束在焦面成像的物像關(guān)系、激光束在焦平面的成像特征和探測器開始探測脈沖激光的延遲時間大小，雷達(dá)系統(tǒng)實現(xiàn)了實時標(biāo)定一定高度范圍的激光信標(biāo)的高度，并且能夠有效克服儀器抖動對標(biāo)定激光信標(biāo)高度的影響。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
[0005]一種實時標(biāo)定差分光柱像運(yùn)動激光雷達(dá)信標(biāo)高度的方法，其特征在于:包括以下步驟:
[0006](I)、利用探測器的門控功能來確定雷達(dá)的起始探測高度，結(jié)合起始探測高度激光束在焦平面成像的銳利邊緣來實時標(biāo)定信標(biāo)高度與信標(biāo)成像的位置關(guān)系:利用探測器的門控功能實時標(biāo)定激光束的高度，并且使激光束在探測器的成像邊緣銳利，然后利用探測器成像的銳利邊緣來確定激光束在傾斜焦平面的開始成像位置，實現(xiàn)激光束起始探測高度與對應(yīng)成像位置的實時標(biāo)定；
[0007](2)、利用不同高度激光束在焦平面成像的相對位置，根據(jù)物像關(guān)系來確定起始探測高度以上的激光束對應(yīng)高度:根據(jù)物像關(guān)系不同高度的激光束在焦平面的成像有固定的位置坐標(biāo)關(guān)系，以起始高度激光束在探測器成像的銳利邊緣為參照點(diǎn)，利用其他成像位置與參照點(diǎn)的距離大小，并結(jié)合探測器傾斜安裝角來計算成像位置的坐標(biāo)，利用成像位置的坐標(biāo)結(jié)合物像關(guān)系得到在該位置成像的信標(biāo)對應(yīng)高度，進(jìn)而得到大氣相干長度的對應(yīng)高度。
[0008]本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)為:
[0009](I)、利用探測器的門控功能和雷達(dá)起始探測高度激光信標(biāo)成像的銳利邊緣來實時標(biāo)定激光信標(biāo)高度與激光成像位置的關(guān)系；該創(chuàng)新點(diǎn)能夠有效克服儀器抖動對信標(biāo)高度標(biāo)定的影響，并且標(biāo)定過程不需要有云層的天氣。
[0010](2)、統(tǒng)計其他高度激光束在焦平面的成像位置與起始探測高度激光成像銳利邊緣的間距，利用物像關(guān)系計算其他高度激光束的對應(yīng)高度；該創(chuàng)新點(diǎn)能夠?qū)崟r標(biāo)定激光信標(biāo)的對應(yīng)聞度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為差分光柱像運(yùn)動雷達(dá)彳目標(biāo)聞度標(biāo)定方法不意圖。
[0012]圖2為利用物像關(guān)系標(biāo)定/[目標(biāo)聞度不意圖。

【具體實施方式】
[0013]一種實時標(biāo)定差分光柱像運(yùn)動激光雷達(dá)信標(biāo)高度的方法，包括以下步驟:
[0014](I)、利用探測器的門控功能來確定雷達(dá)的起始探測高度，結(jié)合起始探測高度激光束在焦平面成像的銳利邊緣來實時標(biāo)定信標(biāo)高度與信標(biāo)成像的位置關(guān)系:利用探測器的門控功能實時標(biāo)定激光束的高度，并且使激光束在探測器的成像邊緣銳利，然后利用探測器成像的銳利邊緣來確定激光束在傾斜焦平面的開始成像位置，實現(xiàn)激光束起始探測高度與對應(yīng)成像位置的實時標(biāo)定；
[0015](2)、利用不同高度激光束在焦平面成像的相對位置，根據(jù)物像關(guān)系來確定起始探測高度以上的激光束對應(yīng)高度:根據(jù)物像關(guān)系不同高度的激光束在焦平面的成像有固定的位置坐標(biāo)關(guān)系，以起始高度激光束在探測器成像的銳利邊緣為參照點(diǎn)，利用其他成像位置與參照點(diǎn)的距離大小，并結(jié)合探測器傾斜安裝角來計算成像位置的坐標(biāo)，利用成像位置的坐標(biāo)結(jié)合物像關(guān)系得到在該位置成像的信標(biāo)對應(yīng)高度，進(jìn)而得到大氣相干長度的對應(yīng)高度。
[0016]差分光柱像運(yùn)動雷達(dá)實時標(biāo)定信標(biāo)高度方法的示意圖如附圖1所示。以激光束豎直向上的方向為Z軸正方向，以激光發(fā)射系統(tǒng)I和接收系統(tǒng)2的水平連線方向為X軸正方向。激光發(fā)射系統(tǒng)I產(chǎn)生的激光被接收系統(tǒng)2接收，一定高度范圍的激光束3作為信標(biāo)在探測器的傾斜探測面4連續(xù)成像，不同的成像位置對應(yīng)的激光束高度是不同的。雷達(dá)系統(tǒng)的起始探測高度5通過探測器的門控功能利用延遲時間與光速來計算；雷達(dá)系統(tǒng)的其他探測高度6的標(biāo)定方法為，探測器的門控功能使激光信標(biāo)在傾斜探測面4的成像有銳利的邊緣7，成像邊緣7用來確定激光束在傾斜探測面成像的起始位置，該位置與起始探測高度5用來實時標(biāo)定信標(biāo)高度與信標(biāo)成像的位置關(guān)系。在實時標(biāo)定了激光信標(biāo)起始高度5與對應(yīng)成像位置7的關(guān)系后，利用激光信標(biāo)3上其他高度6的激光在傾斜焦平面的成像位置8與成像邊緣7的間距9根據(jù)物像關(guān)系來實時標(biāo)定起始探測高度以上的激光束對應(yīng)高度。
[0017]利用物像關(guān)系實時標(biāo)定雷達(dá)起始探測高度以上激光束的對應(yīng)高度的示意圖如附圖2所示。激光束從高度zB，2開始作為信標(biāo)在差分光柱像運(yùn)動雷達(dá)的傾斜焦平面成像。根據(jù)相似三角形原理，一定高度Zb的信標(biāo)在焦平面成像位置坐標(biāo)(XdZi)與系統(tǒng)參數(shù)的關(guān)系為:

【權(quán)利要求】
1.一種實時標(biāo)定差分光柱像運(yùn)動激光雷達(dá)信標(biāo)高度的方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)、利用探測器的門控功能來確定雷達(dá)的起始探測高度，結(jié)合起始探測高度激光束在焦平面成像的銳利邊緣來實時標(biāo)定信標(biāo)高度與信標(biāo)成像的位置關(guān)系:利用探測器的門控功能實時標(biāo)定激光束的高度，利用探測器成像的銳利邊緣來確定激光束在傾斜焦平面的開始成像位置，實現(xiàn)激光束起始探測高度與對應(yīng)成像位置的實時標(biāo)定； (2)、統(tǒng)計不同高度激光束在焦平面成像的相對位置，根據(jù)物像關(guān)系來確定起始探測高度以上的激光束對應(yīng)高度:根據(jù)物像關(guān)系不同高度的激光束在焦平面的成像有固定的位置坐標(biāo)關(guān)系，以起始高度激光束在探測器成像的銳利邊緣為參照點(diǎn)，利用其他成像位置與參照點(diǎn)的距離大小，并結(jié)合探測器傾斜安裝角來計算成像位置的坐標(biāo)；利用成像位置的坐標(biāo)結(jié)合物像關(guān)系得到在該位置成像的信標(biāo)對應(yīng)高度，進(jìn)而得到大氣相干長度的對應(yīng)高度。
【文檔編號】G01S7/497GK104199012SQ201410395021
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月12日
【發(fā)明者】靖旭, 王英儉, 侯再紅, 程知, 秦來安, 譚逢富, 何楓, 吳毅 申請人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院