一種用于測量大氣風速和溫度的方法技術

本發明專利技術提供了一種測量大氣風場和溫度的方法，所述的方法通過選取一碘分子吸收光譜線上的三個頻率點位置，發射相應頻率的激光，在這三個頻率中，其中至少有一個頻率的激光大氣散射信號對碘分子吸收光譜儀的透過率變化受風速影響比較大，其中至少有一頻率的激光大氣散射信號對碘分子吸收光譜儀的透過率變化受溫度影響比較大，并根據多普勒頻移和展寬引起的大氣散射信號在三個頻率處強度的變化同時計算得到大氣風速和溫度，避免了由大氣溫度不確定性所帶來的大氣風速反演誤差，從而提高了測量大氣風速的精度。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及大氣探測
，具體涉及一種用于測量大氣風速和溫度的方法。
技術介紹
碘分子具有豐富的吸收譜線，可以作為頻率標準用來穩定激光頻率，以及測量激光大氣散射信號的光譜頻率和寬度變化。在基于碘分子吸收光譜儀的532nm的多普勒激光雷達中，碘分子的1109(或者1110，或者1111)號吸收光譜線可以用來穩定532nm激光器激光頻率，并測量大氣散射光信號的頻率變化，根據多普勒頻移效應得到風速。碘分子吸收光譜線具有兩個吸收強度隨頻率迅速變化的邊緣，可以利用其中一個或者兩個邊緣進行測量。在現有技術中，測量風速的方法為：利用532nm多普勒激光雷達將發射的激光頻率穩定在碘分子吸收光譜線一個邊緣的中間位置，然后測量激光大氣散射信號通過碘分子吸收光譜儀的透過率變化，得到多普勒頻移量，進而獲得風速。為了提高風速的測量精度，532nm多普勒激光雷達將發射的激光頻率穩定在碘分子吸收光譜線兩個邊緣的中間位置，由于兩個邊緣的光譜吸收強度變化隨頻率變化的方向不同，增加了測量的靈敏度。研究表明，在利用大氣散射信號的多普勒頻移進行大氣風速測量時，需要考慮大氣溫度引起的大氣散射信號多普勒展寬影響。以上這些基于碘分子吸收光譜儀的532nm的多普勒激光雷達在工作時，若利用大氣瑞利散射信號的多普勒頻移進行大氣風速測量，必須考慮大氣瑞利散射信號的光譜寬度，即大氣的溫度。目前，基于碘分子吸收光譜儀的532nm多普勒激光雷達在工作時，都是利用其它手段獲得大氣溫度后(例如大氣模式、激光雷達拉曼測溫方法、激光雷達瑞利信號積分法等)，再進行大氣風速的反演。而大氣溫度的不準確性會影響大氣風速的測量精度，若再使用其它測量手段獲得大氣溫度，會影響激光雷達的使用靈活性。
技術實現思路
本專利技術的目的在于，為了解決上述現有的測量大氣風場和溫度方法存在測量精度低的技術問題，提供一種測量大氣風速和溫度的方法，利用該方法能夠同時測量大氣風速和溫度，解決目前多普勒激光雷達在測量大氣風速時需要的大氣溫度的問題，并能夠提高測量大氣風速的精度。為了實現上述目的，本專利技術提供的一種測量大氣風場和溫度的方法，包括：步驟1)依次向大氣發射532nm處碘分子吸收光譜線上的三個不同頻率的激光；步驟2)依次接收三個不同頻率激光的大氣瑞利散射信號；步驟3)測量得到透過碘分子吸收光譜儀的三個不同頻率的大氣瑞利散射信號所對應的光強N0(V,T)、NM(V,T)、NP(V,T)，定義激光雷達風速測量比和激光雷達溫度測量比分別為： R W = N P ( V , T ) - N M ( V , T ) N 0 ( V , T ) ]]> R T = N 0 ( V , T ) N P ( V , T ) + N M ( V , T ) ]]>則有測量得到的大氣的風速值和溫度值分別為： V = R W S W = N P ( V , T ) - N M ( V , T ) N 0 ( V , T ) S W ]]> T = R T S T = N 0 ( V , T ) ( N P ( V , T ) + N M ( V , T ) ) S T ]]>其中，SW和ST分別表示風速測量靈敏度和溫度測量靈敏度。所述的風速測量靈敏度為風速變化1m/s所引起的風速測量比的變化量，其表示為： S W = ∂ R W ∂ 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種測量大氣風場和溫度的方法，其特征在于，包括：步驟1)依次向大氣發射532nm處碘分子吸收光譜線上的三個不同頻率的激光；步驟2)依次接收三個不同頻率激光的大氣瑞利散射信號；步驟3)測量得到透過碘分子吸收光譜儀的三個不同頻率的大氣瑞利散射信號所對應的光強N0(V,T)、NM(V,T)、NP(V,T)，定義激光雷達風速測量比和激光雷達溫度測量比分別為：RW=NP(V,T)-NM(V,T)N0(V,T)]]>RT=N0(V,T)NP(V,T)+NM(V,T)]]>則有測量得到的大氣的風速值和溫度值分別為：V=RWSW=NP(V,T)-NM(V,T)N0(V,T)SW]]>T=RTST=N0(V,T)(NP(V,T)+NM(V,T))ST]]>其中，SW和ST分別表示風速測量靈敏度和溫度測量靈敏度；所述的風速測量靈敏度為風速變化1m/s所引起的風速測量比的變化量，其表示為：SW=∂RW∂V]]>所述的溫度測量靈敏度為溫度變化1K引起的溫度測量比的變化量，其表示為：ST=∂RT∂T.]]>

【技術特征摘要】
1.一種測量大氣風場和溫度的方法，其特征在于，包括：步驟1)依次向大氣發射532nm處碘分子吸收光譜線上的三個不同頻率的激光；步驟2)依次接收三個不同頻率激光的大氣瑞利散射信號；步驟3)測量得到透過碘分子吸收光譜儀的三個不同頻率的大氣瑞利散射信號所對應的光強N0(V,T)、NM(V,T)、NP(V,T)，定義激光雷達風速測量比和激光雷達溫度測量比分別為： R W = N P ( V , T ) - N M ( V , T ) N 0 ( V , T ) ]]> R T = N 0 ( V , T ) N P ( V , T ) + N M ( V , T ) ]]>則有測量得到的大氣的風速值和溫度值分別為： V = R W S W = N P ( V , T ) - N ...

【專利技術屬性】
技術研發人員：閆召愛，胡雄，郭文杰，
申請(專利權)人：中國科學院國家空間科學中心，
類型：發明
國別省市：北京;11