基于碘分子滤波器的测风激光雷达反演算法优化研究
发布时间：2021-11-20 09:45
测风激光雷达已经成为大气风场测量的最有效工具之一，风场反演算法直接影响激光雷达的测量精度和性能。为了提高风场测量精度，优化反演算法是一个重要途径。本文针对基于碘分子滤波器的测风激光雷达，在原有的风场反演算法的基础上，优化风廓线反演算法，并开展了双多普勒激光雷达反演水平风场的算法研究。本文首先介绍了基于碘分子滤波器的测风激光雷达硬件系统以及大气后向散射信号的光谱组成；其次介绍了风速测量原理和目前使用的直接测量灵敏度的风廓线反演算法。论文主体部分是优化风廓线的反演算法和研究双多普勒激光雷达水平风场反演算法。优化风廓线反演算法有三个部分：首先，分析了灵敏度非线性误差的影响因素，对比了不同气溶胶含量和高度下的误差，提出了利用查找表校正灵敏度非线性误差的方法，利用激光雷达与探空气球的同步观察数据证明该方法的有效性，两者的均方根误差从2.52m/s降低到2.31m/s，约8.3%；其次，少云天气下利用VAD方法从激光雷达径向风速PPI数据反演风廓线时要考虑气溶胶的影响，本文将Fernald方法的反演气溶胶消光系数用于径向风速的质量控制，结果表明该方法可以提高少量云时的风廓线反演精度；最后，优化了目...
【文章来源】：中国海洋大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
激光雷达系统框图
应气溶胶后向散射比为 0，其误差总体接近 0；随着测量射比的增加，在径向风速绝对值大于 50m/s 时，误差较明 1%后，误差变化不再明显，此时的后向散射以气溶胶散差表的横纵坐标都是直接测量灵敏度方法计算过程中的主其结果参数直接校正。根据直接测量灵敏度方法计算得到速的值，查找误差表的横纵坐标确定误差值，那么实际风差值。灵敏度非线性误差校正的原理可描述如下：首先，当海拔高的情况下，计算 y 参数得到分子散射的 S6 模型的数据。射比几个离散值分析求误差随测量灵敏度和测量风速分布的方法得到误差值随测量灵敏度的连续分布值。最后，根计算得到的测量风速和测量灵敏度通过查找表方式查找到灵敏度非线性误差的径向风速值。
图 3-12 测量风速和测量灵敏度二维插值结果考虑到能将此校正算法快速高效的利用到测风算法中，并减少计算机的可提前将 S6 模型中每个 y 参数对应的误差表提前计算，并保存成业务的文件格式（如 txt 格式）。校正时根据美国标准大气模型计算对应高度值，根据 y 值确定需要读入的误差表的文件。最后，通过查找表的方式性误差。另外，如果能够直接测量对应高度的温度和气压，y 值的计算确。总的流程如图 3-13 所示。此方法的优点如下：首先，此方法能够针对实时获得温度、压强能灵活计算校正误差所需 y 参数。其次，误差表可一次完成，即计算并保存成软件可识别的文件格式。校正时只需判断读参数，减小计算机计算误差的流程，可以在提高径向风速测量精度的同加计算机的负担。
【参考文献】：
期刊论文
[1]车载测风激光雷达风廓线同步观测实验[J]. 刘秉义,冯长中,陈玉宝,高玉春,陈超,张冰,靳磊,闫宝东,刘智深. 量子电子学报. 2013(01)
[2]Analysis of saturation signal correction of the troposphere lidar[J]. 刘智深,李志刚,刘秉义,李荣忠. Chinese Optics Letters. 2009(11)
[3]VAD技术反演水平风廓线的质量控制标准[J]. 邵爱梅,乔小湜,邱崇践. 兰州大学学报(自然科学版). 2009(05)
[4]菲佐测风激光雷达及风速反演算法[J]. 卜令兵,刘继桥,周军,陈卫标,曹念文,黄兴友,夏文梅. 强激光与粒子束. 2009(08)
[5]多普勒天气雷达谱宽数据监测机场湍流强度的可行性初探[J]. 陈柏纬,李卓民,黄锦鸿. 暴雨灾害. 2008(01)
[6]多普勒测风激光雷达数据处理方法分析[J]. 王邦新,孙东松,钟志庆,夏海云,沈法华,周小林,董晶晶. 红外与激光工程. 2007(03)
[7]基于菲佐干涉仪与多通道光电倍增管阵列的多普勒频移检测技术[J]. 卜令兵,刘继桥,陈卫标. 光学学报. 2007(03)
[8]多普勒雷达风廓线的反演及变分同化试验[J]. 李华宏,薛纪善,王曼,杨明. 应用气象学报. 2007(01)
[9]双Fabry-Perot标准具在直接测风激光雷达系统中的应用与分析[J]. 迟如利,刘东,钟志庆,孙东松,周军,胡欢陵. 强激光与粒子束. 2007(02)
[10]基于Fabry-Perot标准具的多普勒测风激光雷达[J]. 钟志庆,孙东松,王邦新,夏海云,董晶晶,周小林,周军. 红外与激光工程. 2006(06)
博士论文
[1]车载测风激光雷达性能优化和风场反演[D]. 刘秉义.中国海洋大学 2008
[2]高稳定性高光谱分辨率激光测风系统关键技术[D]. 吴松华.中国海洋大学 2004
硕士论文
[1]车载测风激光雷达接收系统的改进及惯导技术应用[D]. 夏金宝.中国海洋大学 2010
[2]三杯式风速计特性分析与实验研究[D]. 周志华.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：3507066
【文章来源】：中国海洋大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
激光雷达系统框图
应气溶胶后向散射比为 0，其误差总体接近 0；随着测量射比的增加，在径向风速绝对值大于 50m/s 时，误差较明 1%后，误差变化不再明显，此时的后向散射以气溶胶散差表的横纵坐标都是直接测量灵敏度方法计算过程中的主其结果参数直接校正。根据直接测量灵敏度方法计算得到速的值，查找误差表的横纵坐标确定误差值，那么实际风差值。灵敏度非线性误差校正的原理可描述如下：首先，当海拔高的情况下，计算 y 参数得到分子散射的 S6 模型的数据。射比几个离散值分析求误差随测量灵敏度和测量风速分布的方法得到误差值随测量灵敏度的连续分布值。最后，根计算得到的测量风速和测量灵敏度通过查找表方式查找到灵敏度非线性误差的径向风速值。
图 3-12 测量风速和测量灵敏度二维插值结果考虑到能将此校正算法快速高效的利用到测风算法中，并减少计算机的可提前将 S6 模型中每个 y 参数对应的误差表提前计算，并保存成业务的文件格式（如 txt 格式）。校正时根据美国标准大气模型计算对应高度值，根据 y 值确定需要读入的误差表的文件。最后，通过查找表的方式性误差。另外，如果能够直接测量对应高度的温度和气压，y 值的计算确。总的流程如图 3-13 所示。此方法的优点如下：首先，此方法能够针对实时获得温度、压强能灵活计算校正误差所需 y 参数。其次，误差表可一次完成，即计算并保存成软件可识别的文件格式。校正时只需判断读参数，减小计算机计算误差的流程，可以在提高径向风速测量精度的同加计算机的负担。
【参考文献】：
期刊论文
[1]车载测风激光雷达风廓线同步观测实验[J]. 刘秉义,冯长中,陈玉宝,高玉春,陈超,张冰,靳磊,闫宝东,刘智深. 量子电子学报. 2013(01)
[2]Analysis of saturation signal correction of the troposphere lidar[J]. 刘智深,李志刚,刘秉义,李荣忠. Chinese Optics Letters. 2009(11)
[3]VAD技术反演水平风廓线的质量控制标准[J]. 邵爱梅,乔小湜,邱崇践. 兰州大学学报(自然科学版). 2009(05)
[4]菲佐测风激光雷达及风速反演算法[J]. 卜令兵,刘继桥,周军,陈卫标,曹念文,黄兴友,夏文梅. 强激光与粒子束. 2009(08)
[5]多普勒天气雷达谱宽数据监测机场湍流强度的可行性初探[J]. 陈柏纬,李卓民,黄锦鸿. 暴雨灾害. 2008(01)
[6]多普勒测风激光雷达数据处理方法分析[J]. 王邦新,孙东松,钟志庆,夏海云,沈法华,周小林,董晶晶. 红外与激光工程. 2007(03)
[7]基于菲佐干涉仪与多通道光电倍增管阵列的多普勒频移检测技术[J]. 卜令兵,刘继桥,陈卫标. 光学学报. 2007(03)
[8]多普勒雷达风廓线的反演及变分同化试验[J]. 李华宏,薛纪善,王曼,杨明. 应用气象学报. 2007(01)
[9]双Fabry-Perot标准具在直接测风激光雷达系统中的应用与分析[J]. 迟如利,刘东,钟志庆,孙东松,周军,胡欢陵. 强激光与粒子束. 2007(02)
[10]基于Fabry-Perot标准具的多普勒测风激光雷达[J]. 钟志庆,孙东松,王邦新,夏海云,董晶晶,周小林,周军. 红外与激光工程. 2006(06)
博士论文
[1]车载测风激光雷达性能优化和风场反演[D]. 刘秉义.中国海洋大学 2008
[2]高稳定性高光谱分辨率激光测风系统关键技术[D]. 吴松华.中国海洋大学 2004
硕士论文
[1]车载测风激光雷达接收系统的改进及惯导技术应用[D]. 夏金宝.中国海洋大学 2010
[2]三杯式风速计特性分析与实验研究[D]. 周志华.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：3507066
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