1.一种共振荧光散射激光雷达激光发射功率优化控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、获取被探测金属层的共振荧光激发饱和激光功率阈值P0,并利用光子计数卡采集晴空时激光雷达在激光发射功率为P0时对应的回波信号实时存储到工控机,获得低空不受气溶胶影响的参考高度Z0上单脉冲光子计数信号临界值PC0;
获得参考高度Z0上单脉冲光子计数信号临界值PC0的计算方法为:S11、计算步骤S1中采集的晴空时激光雷达在激光发射功率为P0时对应的回波信号150~160km高度段的平均光子数作为第一背景本底噪声N0;
S12、将步骤S1中采集的晴空时激光雷达在激光发射功率为P0时对应的回波信号减去第一背景本底噪声N0,以扣除第一背景本底噪声;
S13、计算扣除背景本底噪声后的回波信号在参考高度Z0范围内光子计数值的单脉冲平均值,即为临界值PC0;
S2、利用光子计数卡实时采集激光雷达回波信号并存储到工控机,工控机将回波信号在参考高度Z0上的单脉冲光子计数值PC1与临界值PC0进行比较,判断当前天气条件下激光发射功率是否会引起金属层荧光激发饱和效应或者低激发效率;
获得实时采集的参考高度Z0上单脉冲光子计数值PC1的计算方法为:S21、计算步骤S2中获得的激光雷达回波信号150~160km高度段的平均光子数作为第二背景本底噪声N1;
S22、将步骤S2中获得的激光雷达回波信号减去第二背景本底噪声N1,以扣除第二背景本底噪声;
S23、计算扣除第二背景本底噪声后的回波信号在参考高度Z0范围内光子计数值的单脉冲平均值,即为PC1;
S3、根据步骤S2激光发射功率是否引起金属层荧光激发饱和效应或者低激发效率的判断结果,工控机输出激光发射功率控制信号给激光器控制模块,实时控制工作激光器的激光发射功率。
2.根据权利要求1所述的共振荧光散射激光雷达激光发射功率优化控制方法,其特征在于,步骤S1中参考高度Z0设定为不受低空气溶胶散射影响且激光雷达回波信号信噪比较高的30~35km高度段。
3.根据权利要求1所述的共振荧光散射激光雷达激光发射功率优化控制方法,其特征在于,步骤S2中判断当前天气条件下激光发射功率是否引起金属层荧光激发饱和效应或者低激发效率的方法为:当PC1/PC0>1.1时,则判定此时激光发射功率经过低层大气衰减后激发高空金属层时会产生显著的饱和效应;当PC1/PC0<0.7时,则判定此时激光发射功率经过低层大气衰减后激发高空金属层时没有产生饱和效应的风险,但激发功率偏低;当0.7≤PC1/PC0≤1.1时,则判定此时激光发射功率经过低层大气衰减后激发高空金属层不会产生严重的饱和效应,且激发效率较高,能保证较好的回波信号探测信噪比。
4.根据权利要求1所述的共振荧光散射激光雷达激光发射功率优化控制方法,其特征在于,步骤S3中输出激光发射功率控制信号的方法为:当PC1/PC0>1.1或PC1/PC0<0.7时,工控机向激光器控制模块发出指令,将工作激光器的控制电流调整为当前值的PC0/PC1倍;
当0.7≤PC1/PC0≤1.1时,工控机不输出激光发射功率控制信号,维持当前工作激光器输出功率不变。
5.根据权利要求1所述的共振荧光散射激光雷达激光发射功率优化控制方法,其特征在于,该方法采用的控制装置,包括光子计数卡(1)、工控机(2)、激光器控制模块(3)和工作激光器(4),光子计数卡(1)的输入端一方面接收激光雷达回波信号,另一方面接收激光器控制模块(3)输出的同步时序信号,光子计数卡(1)输出端与工控机(2)连接,使光子计数数据实时读取并保存到工控机(2)上,工控机(2)与激光器控制模块(3)的输入端连接,激光器控制模块(3)接收工控机(2)发出的控制信号,然后输出激光器功率控制信号至工作激光器(4),控制工作激光器(4)的激光发射功率。
6.根据权利要求5所述的共振荧光散射激光雷达激光发射功率优化控制方法,其特征在于,激光器控制模块(3)是由高性能的DSP芯片构成,用于接受工控机(2)发出的控制信号,并对接受的信号进行数模转换和放大,输出信号用于控制工作激光器(4)的工作电流,进一步控制工作激光器(4)的激光发射功率。