[发明专利]一种相干测风激光雷达的风场处理方法

说明书

本发明公开了一种相干测风激光雷达的风场处理方法，涉及风场探测技术领域，雷达在走航探测前，先获取雷达参数和频率区间，进行频率标定校正，用于消除误差；雷达在走航探测时，在当前时间、当前位置分别向三个不同方向发射激光，根据三个不同方向的功率谱，计算得到三个不同方向的径向风速，同时，利用传感器对雷达在当前时间、当前位置的姿态角进行实时监控，用于补偿修正三维风场，得到高精度的三维风场。另外，本发明在计算风速时，还通过载噪比进行信号的异常判定和异常剔除，一定程度能够消除弱信号对风速计算的影响，能够更加精确的反演出三维风场。

技术领域

本发明涉及风场探测技术领域，尤其是一种相干测风激光雷达的风场处理方法。

背景技术

大气风场是重要的大气物理参数，大气风场的精确观测对大气污染防治、提高航空航天安全性、军事环境预报、改进气候研究模型、提高长期天气预报准确性等具有重大意义。测风激光雷达作为主动大气遥感仪器，具有风场测量精度高，时间和空间分辨率高，以及不受地物杂波影响等优点，非常适合于快速准确的风场测量。

走航探测的方式具有灵活便捷的特点，在行进过程中连续自动监测可以得到基于地理位置的风场信息。目前，传统激光雷达的风场测量主要采用单一波束结合电机方位变换形成的圆锥扫描，这在走航探测时会随空间位置及时间推移产生较大的计算误差。我们知道反演风场至少需要三组径向风速合成，如采集卡信号采集，电机转动到目标方位角等操作均会消耗时间，这种情况下得到的径向风速组处于不同工况下，难免产生较大误差。另外，在行进过程中，雷达的姿态也是实时变化的，对三维风场的反演也存在一定的影响。

发明内容

为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供一种相干测风激光雷达的风场处理方法，在走航探测时，雷达同时向三个不同方向发射激光，根据三个不同方向的功率谱计算得到三个不同方向的径向风速，同时还利用传感器对雷达的姿态角进行实时监控，并用于补偿修正三维风场，得到高精度的三维风场。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，包括：

一种相干测风激光雷达的风场处理方法，过程如下所示：

相干测风激光雷达在走航探测时，在当前时间、当前位置分别向三个不同方向发射激光，得到三个不同方向的功率谱；根据各个方向的功率谱分别计算各个方向的径向风速，得到三个不同方向的径向风速，分别为Los1、Los2、Los3；

相干测风激光雷达在走航探测时，还利用传感器获取相干测风激光雷达在当前时间、当前位置的姿态角；所述姿态角包括：偏航角υ、俯仰角δ、翻滚角ρ；

结合相干测风激光雷达的姿态角，得到补偿修正后的三维风场；三维风场的三个方向分别为：水平正东方向、水平正北方向、垂直方向；

补偿修正后的三维风场中，沿水平正东方向的风速分量k1、沿水平正北方向的风速分量k2、沿垂直方向的风速分量k3分别为：

k1=(Los1-Los3×sinθ×sinρ×sinδ)/(sinθ×cosρ×cosδ)；

k2=(Los2-Los3×sinθ×sinρ×sinδ)/(sinθ×cosρ×cosδ)；

k3=Los3×sinθ×sinρ×sinδ；

其中，θ为雷达相对于车辆的天顶角；偏航角υ为雷达与水平正北方向之间的夹角，俯仰角δ为雷达与水平正东方向之间的夹角，翻滚角ρ为雷达与垂直方向之间的夹角。

优选的，相干测风激光雷达在走航探测前，先获取雷达参数和频率区间，具体如下所示：

S11，读取激光器本振光的中心波长λ；

S12，根据采样频率F和距离门内的总点数N，计算距离门内各点的频率fi=（i×F)/N；其中，i表示第i点，i=1,2,3...N；fi表示距离门内的第i点的频率。