[发明专利]一种差分吸收激光雷达系统常数定标方法

说明书

本发明涉及一种差分吸收激光雷达系统常数定标方法，属于激光雷达探测技术领域。该方法包括如下步骤：（1）在系统出射激光处分别放置第一光电探测器，吸收池和硬靶；调整吸收池位置，第一光电探测器放置在吸收池前端，作为监控信号和初始on，off能量监控；（2）吸收池使用真空泵抽真空，再冲入标准浓度为20000ppm的目标气体，记录下吸收池内的压强；（3）打开激光器，使用信号采集卡记录下第一光电探测器，第二光电探测器探测到的on和off信号；（3）根据采集到的数据确定雷达系统常数，撤掉吸收池和硬靶，进行正常的大气探测，使用改进后的反演公式，进行正常的气体浓度探测。本方法对激光的初始能量进行监测实施记录激光状态，提高数据可靠性。

技术领域

本发明涉及一种差分吸收激光雷达系统常数定标方法，属于激光雷达探测技术领域。

背景技术

激光雷达作为环境污染物监测的重要工具，具有抗干扰能力强、空间分辨率高、探测灵敏度高、测量光程长等优势，被广泛应用于气溶胶、臭氧、大气中各类污染气体的探测。差分吸收激光雷达作为激光雷达的一种，是近年来环境监测领域的新技术，被广泛应用于污染气体的浓度探测。它通过发射两束相同功率不同波长的激光，其中一束波长位于目标气体吸收谱线吸收峰附近，称之为on波长，另一束波长位于目标气体吸收谱线谷底，称之为off波长。目标气体对两束激光的吸收强度不同，使得大气散射回波信号衰减不同，通过检测这两束反射光的强度差就可计算出被测气体在大气中的浓度大小。差分吸收激光雷达系统的光源一般采用一台激光雷达交替发射两束激光或者两台激光器同时发射两束激光的方法，并且空间探测还需要用到三维转台等设备，相对于其他系统而言较为复杂。由于复杂的光路特点，以及差分吸收激光雷达两束激光的波长不一样，往往在实际探测中on波长和off波长激光的初始能量并不相同，并且on和off两路激光在实际探测时激光的合束不一定能达到完全重合的地步，特别是在紫外，红外等不可见波段进行探测时，由于激光不可见，光束质量合束效果都很难得到保证，这会使差分吸收激光雷达反演目标气体浓度造成一定误差，对于那些on波长和off波长能量相差较大的激光雷达将会直接导致其反演出错。

发明内容

本发明提出了一种差分吸收激光雷达系统常数定标方法，该方法可有效解决差分吸收激光雷达on波长和off波长激光能量不等，功率抖动，突变而引入的系统误差，并对激光的初始能量进行监测实施记录激光状态，提高数据可靠性。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种差分吸收激光雷达系统常数定标方法，包括如下步骤：

(1)在系统出射激光处分别放置第一光电探测器，吸收池和硬靶；调整吸收池位置，第一光电探测器放置在吸收池前端，作为监控信号和初始on，off能量监控；

(2)吸收池使用真空泵抽真空，再冲入标准浓度为20000ppm的目标气体，记录下吸收池内的压强；

(3)打开激光器，使用信号采集卡记录下第一光电探测器，第二光电探测器探测到的on和off信号；

(4)根据采集到的数据确定雷达系统常数，撤掉吸收池和硬靶，进行正常的大气探测，使用改进后的反演公式，进行正常的气体浓度探测。

所述激光器采用中红外激光器。

所述第一光电探测器为中红外VIGO PVI-4TE型号的光电探测器。

所述第二光电探测器为中红外VIGO PVI-4TE型号的光电探测器。

所述硬靶采用高反射率的铝制硬板。

本发明的有益效果如下：

1、检测通过吸收池前后的光信号的变化，来计算吸收池内的气体浓度，并与吸收池内气体浓度比较，确定激光雷达整个系统订正常数，在实际探测中引入该常数，对激光初始能量做归一化处理，有效降低激光初始能量不等，抖动等问题引起的误差。