本發(fā)明涉及激光雷達的應用領域，具體是一種激光雷達探測大氣垂直能見度的計算方法。
背景技術：
能見度是氣象要素的主要內容之一，大氣垂直方向上的能見度既可以反映大氣層的穩(wěn)定程度，也可作為判定氣團性質和研究大氣污染的重要因子。大氣垂直方向的能見度測量可應用于交通、軍事、科技等領域，為飛機起降和人們日常生活提供必要的安全保障。目前，常規(guī)的能見度儀產品主要是針對水平氣象能見度進行測量，不具備垂直能見度測量功能。南京信息工程大學卜令兵，丘祖京，侯玉云等人提出采用測量水平氣象能見度的前向散射式能見度儀和垂直測量的激光云高儀分別測定不同天氣條件下水平能見度值和大氣氣溶膠垂直消光系數α，建立不同能見度值和大氣氣溶膠消光系數的對應關系，最終通過反演不同距離高度處的透過率來求解整層大氣的垂直能見度，該方法存在需要能見度儀和激光云高儀同時多次進行測量定標，測量數據量大，容易引入誤差，同時算法較為復雜的問題。激光雷達是根據大氣對激光的散射、吸收、消光等物理效應，通過定量分析大氣氣溶膠(飄塵、顆粒物、煙塵和沙塵)對激光產生的后向散射回波來遙感探測大氣氣溶膠消光系數、質量濃度、云層及能見度信息的有效工具。但它在能見度測量方面的應用目前也是針對水平氣象能見度，對于垂直能見度的測量，目前還沒有一種特別有效的計算方法。因此，必須從算法上做認真分析，找到一種有效的激光雷達探測大氣垂直能見度的計算方法方法，為激光雷達應用于垂直能見度探測提供一種新思路。
技術實現要素：
本發(fā)明提供一種激光雷達探測大氣垂直能見度的計算方法，基于激光雷達基本原理，通過定量分析垂直方向上大氣氣溶膠粒子對激光產生的后向散射回波，進而獲得大氣氣溶膠垂直消光系數廓線，通過計算垂直方向上測量點至邊界高度點之間的平均消光系數α，根據大氣垂直能見度V的計算公式來實現計算大氣垂直能見度的目的。
為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：
一種激光雷達探測大氣垂直能見度的計算方法，包括以下步驟：
(1)、獲取激光雷達垂直測量的原始回波信號并判斷原始回波信號中是否有云；
(2)、在無云信號時，采用Fernald方法計算大氣垂直消光系數廓線α1*L、α2*L、α3*L……，其中L為激光雷達的距離分辨率；
(3)、剔除大氣垂直消光廓線上誤差較大的點，并對該點做插值處理，其中，具體插值的方法可以取該點前后的大氣垂直消光系數做加權平均；
(4)、判斷大氣垂直消光系數廓線上某一高度點及其之后至少連續(xù)有5個點的消光系數≤0.1956，即該點及其之后5個點的水平能見度V≥20000m，取該點為大氣消光系數邊界高度點n*L；
(5)、計算測量原點至邊界高度點n*L之間的大氣透過率T1；
(6)、根據大氣透過率T1，反演測量原點至邊界高度點n*L之間的平均大氣消光系數α；
(7)、根據計算公式，計算大氣垂直能見度V。
優(yōu)選的，所述步驟(5)中大氣透過率T1的計算公式如下：
其中，式中α(r)是距離r處的大氣垂直消光系數。
優(yōu)選的，所述步驟(6)中原點至邊界高度點n*L之間的平均大氣消光系數α的計算公式如下：
優(yōu)選的，所述步驟(7)中大氣垂直能見度V的計算公式如下：
V＝3.912α-1。
本發(fā)明的有益效果是：
本發(fā)明提供一種激光雷達探測大氣垂直能見度的計算方法，無需架設能見度儀，避免了不同能見度條件下能見度儀所測的能見度儀設備所測的大氣消光系數進行標定時引入的誤差；算法簡單，在激光雷達設備正上方沒有云時，能夠實時、自動的給出大氣垂直能見度計算結果；拓寬了激光雷達的應用范圍，為大氣垂直能見度業(yè)務化觀測提供一種新思路。
附圖說明
下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
圖1是本發(fā)明的基本算法流程示意圖。
具體實施方式
為了更清楚地說明本發(fā)明具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
如圖1所示，本發(fā)明提供一種激光雷達探測大氣垂直能見度的計算方法，包括以下步驟：
(1)、獲取激光雷達垂直測量的原始回波信號并判斷原始回波信號中是否有云，由于云的后向散射截面遠大于氣溶膠的后向散射截面，所以當激光在大氣中傳輸遇到云時,其后向散射回波將出現迅速增大的突變信號，此時則為有云信號。由于大氣氣溶膠回波滿足米散射激光雷達方程，是進行大氣垂直能見度遙感測量的基礎。當有云時，云對激光的散射回波不滿足米散射激光雷達方程，本發(fā)明結束計算；
(2)、在無云信號時，采用Fernald方法計算大氣垂直消光系數廓線α1*L、α2*L、α3*L……，其中L為激光雷達的距離分辨率；
(3)、剔除大氣垂直消光廓線上誤差較大的點，并對該點做插值處理，其中，具體插值的方法可以取該點前后的大氣垂直消光系數做加權平均；
(4)、判斷大氣垂直消光系數廓線上某一高度點及其之后至少連續(xù)有5個點的消光系數≤0.1956，即該點及其之后5個點的水平能見度V≥20000m，取該點為大氣消光系數邊界高度點n*L；
(5)、計算測量原點至邊界高度點n*L之間的大氣透過率T1；
(6)、根據大氣透過率T1，反演測量原點至邊界高度點n*L之間的平均大氣消光系數α；
(7)、根據計算公式，計算大氣垂直能見度V。
所述步驟(5)中大氣透過率T1的計算公式如下：
其中，式中α(r)是距離r處的大氣垂直消光系數。
所述步驟(6)中原點至邊界高度點n*L之間的平均大氣消光系數α的計算公式如下：
所述步驟(7)中大氣垂直能見度V的計算公式如下：
V＝3.912α-1。
以上所述的本發(fā)明實施方式，并不構成對本發(fā)明保護范圍的限定,任何在本發(fā)明的精神和原則之內所作的修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的權利要求保護范圍之內。