基于連續(xù)激光的近地面層氣溶膠后向散射系數(shù)廓線的探測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于連續(xù)激光的近地面層氣溶膠后向散射系數(shù)廓線的探測方法。它先選定0.7～2km高度上的任一點為參考點，再將此高度內(nèi)的后向散射系數(shù)的經(jīng)驗值按(10?4～10?1)km?1sr?1間的80～1200分之一為步長進(jìn)行掃描取值，得到80～1200個假設(shè)值，之后，先將該80～1200個假設(shè)值逐一與側(cè)向連續(xù)激光雷達(dá)測得的信號一起代入側(cè)向散射激光雷達(dá)方程進(jìn)行后向散射系數(shù)廓線的反演，得到80～1200組廓線數(shù)據(jù)，再將80～1200組廓線數(shù)據(jù)中地面0～30m高度上的后向散射系數(shù)與由其它設(shè)備在同地點同時獲取的同高度上的后向散射系數(shù)逐一進(jìn)行比較，由含有最接近其它設(shè)備獲取的數(shù)值的一組后向散射系數(shù)廓線數(shù)據(jù)得出其為氣溶膠后向散射系數(shù)廓線。它極易于商業(yè)化地廣泛應(yīng)用于對氣溶膠的探測。
【專利說明】
基于連續(xù)激光的近地面層氣溶膠后向散射系數(shù)廓線的探測 方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種后向散射系數(shù)廓線的探測方法，尤其是一種基于連續(xù)激光的近地 面層氣溶膠后向散射系數(shù)廓線的探測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 激光雷達(dá)是探測氣溶膠后向散射系數(shù)的有力工具，主要有后向散射激光雷達(dá)和側(cè) 向散射激光雷達(dá)。目前，側(cè)向散射激光雷達(dá)是國際上正在研究的一種新技術(shù)，它是將發(fā)射裝 置與接收裝置分兩處放置，接收裝置通過探測激光束的側(cè)向散射光來反演氣溶膠的后向散 射系數(shù)，避免了后向散射激光雷達(dá)中幾何因子的影響，在近距離段測量精度很高，非常適合 用來測量近地層的大氣氣溶膠空間分布，如中國發(fā)明專利CN 103344611B于2015年7月1日 公告的本
【申請人】的一種基于CCD成像技術(shù)的側(cè)向激光雷達(dá)測量氣溶膠參數(shù)的方法。該發(fā)明 專利中記載的方法雖可反演出氣溶膠后向散射系數(shù)的廓線，卻也存在著不盡人意之處，首 先，須事先使用后向散射激光雷達(dá)或探空氣球來測得高度在0.7~5km處任一點的氣溶膠后 向散射系數(shù)值，尤為在霧霾天氣中，后向散射激光雷達(dá)的探測范圍有限，用其它方法獲取 0.7~2km高度上的氣溶膠后向散射系數(shù)值也是困難的，因此，現(xiàn)有的需先已知參考點的后 向散射系數(shù)值，然后再進(jìn)行反演氣溶膠后向散射系數(shù)廓線的方法難以實現(xiàn);其次，連續(xù)激光 器的輸出功率需大于10W;這些都不同程度地制約了其探測近地面層氣溶膠后向散射系數(shù) 廓線的效能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為克服現(xiàn)有技術(shù)中的欠缺之處，提供一種僅需已知地面 上的氣溶膠后向散射系數(shù)值，探測成本低的基于連續(xù)激光的近地面層氣溶膠后向散射系數(shù) 廓線的探測方法。
[0004] 為解決本發(fā)明的技術(shù)問題，所采用的技術(shù)方案為:基于連續(xù)激光的近地面層氣溶 膠后向散射系數(shù)廓線的探測方法包括利用CCD成像技術(shù)獲取激光在大氣中的散射光信號， 特別是主要組成步驟為：
[0005] 步驟1，先選定0.7~2km高度上的任一點為參考點，再將此高度內(nèi)的氣溶膠后向散 射系數(shù)的經(jīng)驗值按（10-4~nrOknfhf 1間的80~1200分之一為步長進(jìn)行掃描取值，得到該 參考點的氣溶膠后向散射系數(shù)的80~1200個假設(shè)值；
[0006] 步驟2,先將該參考點的氣溶膠后向散射系數(shù)的80~1200個假設(shè)值逐一與由基于 CCD成像技術(shù)的側(cè)向連續(xù)激光雷達(dá)測得的信號一起代入側(cè)向散射激光雷達(dá)方程進(jìn)行氣溶膠 后向散射系數(shù)廓線的反演，得到80~1200組氣溶膠后向散射系數(shù)廓線數(shù)據(jù)，再將得到的80 ~1200組氣溶膠后向散射系數(shù)廓線數(shù)據(jù)中地面0~30m高度上的氣溶膠后向散射系數(shù)與由 其它設(shè)備在同地點同時獲取的地面同一高度上的氣溶膠后向散射系數(shù)逐一進(jìn)行比較，由含 有最接近其它設(shè)備在同地點同時獲取的地面同一高度上的氣溶膠后向散射系數(shù)值的80~ 1200組中的一組氣溶膠后向散射系數(shù)廓線數(shù)據(jù)得出其為氣溶膠后向散射系數(shù)廓線。
[0007] 作為基于連續(xù)激光的近地面層氣溶膠后向散射系數(shù)廓線的探測方法的進(jìn)一步改 進(jìn)：
[0008] 優(yōu)選地，參考點的高度為1~1.5km。
[0009 ] 優(yōu)選地，掃描取值的范圍為(1 0-4~1(T2) knf kf1。
[0010] 優(yōu)選地，掃描取值的步長為掃描取值范圍的80~120分之一。
[0011] 優(yōu)選地，使用側(cè)向散射激光雷達(dá)方程進(jìn)行氣溶膠后向散射系數(shù)廓線反演的過程 為：
[0012] 步驟a，先將CCD側(cè)向連續(xù)激光雷達(dá)工作在大氣較均勻時間段內(nèi)的水平方向上，選 定散射角為179~180度處為參考點的氣溶膠比相函數(shù)值和大氣分子比相函數(shù)值皆為1，再 由其它設(shè)備測得參考點上的氣溶膠后向散射系數(shù)值，并認(rèn)定此值與水平方向上各散射角處 的氣溶膠后向散射系數(shù)值皆相等，之后，
[0013] 步驟a. 1，將參考點上的氣溶膠后向散射系數(shù)值和氣溶膠比相函數(shù)值與CCD相機(jī)各 像素的偏角（Θ)、角寬度(d0)、CCD相機(jī)和連續(xù)激光雷達(dá)發(fā)射光束的垂直距離(D)-起代入側(cè) 向激光雷達(dá)方程另
R，方程中的Ρ( Θ)為Θ偏角方向上對應(yīng)像素接收到的 信號強(qiáng)度，P〇為連續(xù)激光雷達(dá)發(fā)射光束的功率，K為接收系統(tǒng)的光學(xué)透過率，A為光學(xué)系統(tǒng)的 有效面積，Tt、Tr分別為激光豎直方向和斜方向上的透過率，β (Θ)為氣溶膠側(cè)向散射系數(shù)，其 由P(0)=fo(0)fl(0)+fc(0)f2(0)構(gòu)成，式中的扮（0)為氣溶膠后向散射系數(shù)、β 2(θ)為大氣分 子后向散射系數(shù)、fKe)為氣溶膠比相函數(shù)、f2(0)為大氣分子比相函數(shù)，按以下方法反演計 算出參考點相鄰點上的氣溶膠比相函數(shù)值，
[0014] 設(shè)參考點散射角為Θ。，氣溶膠后向散射系數(shù)為仏^。），大氣的光學(xué)厚度為τ。，取常 %
則帶衰減的側(cè)向連續(xù)激光雷達(dá)信號f (Θ)定義為
[0015] ^ Q)，
[0016] 理論上帶衰減的側(cè)冋連續(xù)激光雷達(dá)信號的表達(dá)式為，
[0017] β7 (0) = [Pi(0)f(0)1+p2(0)f2(0)]exp-( Δ τ+τ〇( 1/cos (π-θ )-l/cos (3?-θ〇))+Δ τ/ cos(jt-9) )d9
[0018] ②，
[0019] 式中的Δτ為散射角從Θ。到Θ處的大氣垂直光學(xué)厚度，從參考點開始，運用數(shù)值算 法，擬合方程①式和②式，數(shù)值解出參考點相鄰點上的氣溶膠比相函數(shù)ΜΘΜΘ)，
[0020] 步驟a. 2,將相鄰點作為新的參考點，向散射角變小的方向選取新的相鄰點，重復(fù) 步驟a. 1，數(shù)值解出新相鄰點上的氣溶膠比相函數(shù)以0。+(10)，直至獲得探測范圍內(nèi)所有選定 散射角的氣溶膠比相函數(shù)值，得到氣溶膠比相函數(shù)心(9)的廓線；
[0021 ]步驟b，先將(XD側(cè)向連續(xù)激光雷達(dá)工作在與水平面相垂直方向上，并認(rèn)定由步驟a 得到的水平方向上的氣溶膠比相函數(shù)值與垂直方向上的相等，再選取探測高度上的同一處 作為參考點，將相對應(yīng)點的假設(shè)值作為該點上的氣溶膠后向散射系數(shù)值，之后，
[0022]步驟b. 1，將參考點上的氣溶膠后向散射系數(shù)值和氣溶膠比相函數(shù)值與CCD相機(jī)各 像素的偏角（Θ)、角寬度(d0)、CCD相機(jī)和連續(xù)激光雷達(dá)發(fā)射光束的垂直距離(D)-起代入側(cè) 向激光雷達(dá)方程另
h按以下方法反演計算出參考點相鄰點上的氣溶 膠后向散射系數(shù)值，
[0023]設(shè)參考點散射角為Θ。，氣溶膠后向散射系數(shù)為仏^。），大氣的光學(xué)厚度為τ。，取常 %
則帶衰減的側(cè)向連續(xù)激光雷達(dá)信號f (Θ)定義為
[幽
①，
[0025]理論上帶衰減的側(cè)向激光雷達(dá)信號的表達(dá)式為，
[0026] β7 (θ) = [βι( Θ )f (Θ )1+^2( Θ )f2( Θ) ]exp-( Δ τ+τ〇( 1/cos(π-θ)-l/cos(π-θ0)) + Δ τ/ cos(jt-9) )d9
[0027] ②，
[0028] 式中的Δτ為散射角從θ。到θ處的大氣垂直光學(xué)厚度，從參考點開始，運用數(shù)值算 法，擬合方程①式和②式，數(shù)值解出參考點相鄰點上的氣溶膠后向散射系數(shù)fo(9 c+d0)，
[0029] 步驟b. 2,將相鄰點作為新的參考點，先后向高處和低處兩個方向上選取新的相鄰 點，重復(fù)步驟b.l，數(shù)值解出新相鄰點上的氣溶膠后向散射系數(shù)0 1(0。+(10)，直至獲得探測范 圍內(nèi)所有選定高度上的氣溶膠后向散射系數(shù)值，得到氣溶膠后向散射系數(shù)的廓線。
[0030]優(yōu)選地，其它設(shè)備為大氣能見度儀，或工作于水平檔的激光雷達(dá)。
[0031]相對于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是：
[0032] 其一，采用這樣的方法后，由于僅需以地面上的氣溶膠后向散射系數(shù)值為判斷依 據(jù)，而地面上的氣溶膠后向散射系數(shù)又極易獲得，且獲取的設(shè)備也屬常規(guī)的通用設(shè)備，從而 既使近地面層氣溶膠后向散射系數(shù)廓線的探測效能得到了極大的提升，又使探測的成本得 到了降低。
[0033] 其二，本方法所需的連續(xù)激光器的功率僅為0.1~1W，這不僅降低了激光器的制造 成本，也大大地降低了探測時的使用成本。
[0034]其三，本方法尤其在霧霾天氣條件下，其優(yōu)勢更加明顯，而這也正是環(huán)境監(jiān)測部分 所需要的。進(jìn)而使其極易于商業(yè)化地廣泛應(yīng)用于對氣溶膠的探測。
【附圖說明】
[0035]圖1是實施本發(fā)明時的一種基本結(jié)構(gòu)--(XD側(cè)向連續(xù)激光雷達(dá)示意圖。
【具體實施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選方式作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0037] 參見圖1，CCD側(cè)向連續(xù)激光雷達(dá)主要由連續(xù)激光器和CCD相機(jī)組成，其中的CCD相 機(jī)記錄下連續(xù)激光發(fā)射光束在大氣中的側(cè)向散射激光。不同高度上的側(cè)向散射光含有該高 度上的氣溶膠信息，不同高度上的側(cè)向散射光強(qiáng)度被不同的CCD像素所記錄。通過對CCD中 像素點上信號強(qiáng)度的提取和反演，就可獲得近地面不同高度上的氣溶膠后向散射系數(shù)。
[0038] 實施本發(fā)明時，連續(xù)激光器和CCD相機(jī)的參數(shù)及其相對位置分別為，連續(xù)激光器的 輸出波長為532nm、功率為0.1~1W;(XD相機(jī)的總張角Θ的選擇范圍在2~10°之間；(XD相機(jī) 到激光束的距離D的選擇范圍在0.1~5m之間。
[0039] 基于連續(xù)激光的近地面層氣溶膠后向散射系數(shù)廓線的探測方法如下：
[0040] 步驟1，先選定1.2(可為0.7~2,優(yōu)選為1~1.5)km高度上的一點為參考點。再將此 高度內(nèi)的氣溶膠后向散射系數(shù)的經(jīng)驗值按（ΠΓ 4~lOlknfSf1(可為（10-4~lO^knfSr' 間的1〇〇(可為80~1200,優(yōu)選為80~120)分之一為步長進(jìn)行掃描取值，得到該參考點的氣 溶膠后向散射系數(shù)的1 〇〇個假設(shè)值。
[0041] 步驟2,先將該參考點的氣溶膠后向散射系數(shù)的100個假設(shè)值逐一與由基于CCD成 像技術(shù)的側(cè)向連續(xù)激光雷達(dá)測得的信號一起代入側(cè)向散射激光雷達(dá)方程進(jìn)行氣溶膠后向 散射系數(shù)廓線的反演，得到100組氣溶膠后向散射系數(shù)廓線數(shù)據(jù);其中，使用側(cè)向散射激光 雷達(dá)方程進(jìn)行氣溶膠后向散射系數(shù)廓線反演的過程為：
[0042] 步驟a，先將CCD側(cè)向連續(xù)激光雷達(dá)工作在大氣較均勻時間段內(nèi)的水平方向上，選 定散射角為180(可為179~180)度處為參考點的氣溶膠比相函數(shù)值和大氣分子比相函數(shù)值 皆為1，再由其它設(shè)備測得參考點上的氣溶膠后向散射系數(shù)值，并認(rèn)定此值與水平方向上各 散射角處的氣溶膠后向散射系數(shù)值皆相等;其中，其它設(shè)備為大氣能見度儀(或工作于水平 檔的激光雷達(dá)）。之后，
[0043]步驟a. 1，將參考點上的氣溶膠后向散射系數(shù)值和氣溶膠比相函數(shù)值與CCD相機(jī)各 像素的偏角（Θ)、角寬度(d0)、CCD相機(jī)和連續(xù)激光雷達(dá)發(fā)射光束的垂直距離(D)-起代入側(cè) 向激光雷達(dá)方程式
，方程中的Ρ(θ)為Θ偏角方向上對應(yīng)像素接收到的 信號強(qiáng)度，Ρ〇為連續(xù)激光雷達(dá)發(fā)射光束的功率，Κ為接收系統(tǒng)的光學(xué)透過率，Α為光學(xué)系統(tǒng)的 有效面積，Tt、Tr分別為激光豎直方向和斜方向上的透過率，β (Θ)為氣溶膠側(cè)向散射系數(shù)，其 由P(0)=fo(0)fl(0)+fc(0)f2(0)構(gòu)成，式中的扮（0)為氣溶膠后向散射系數(shù)、β 2(θ)為大氣分 子后向散射系數(shù)、fKe)為氣溶膠比相函數(shù)、f2(0)為大氣分子比相函數(shù)，按以下方法反演計 算出參考點相鄰點上的氣溶膠比相函數(shù)值，
[0044]設(shè)參考點散射角為Θ。，氣溶膠后向散射系數(shù)為仏^。），大氣的光學(xué)厚度為τ。，取常 數(shù)
帶衰減的側(cè)向連續(xù)激光雷達(dá)信號f (Θ)定義為
[0045] ①，
[0046] 理論上帶衰減的側(cè)向連續(xù)激光雷達(dá)信號的表達(dá)式為，
[0047] β7 (0) = [Pi(0)f(0)1+p2(0)f2(0)]exp-( Δ τ+τ〇( 1/cos (π-θ )-l/cos (3?-θ〇))+Δ τ/ cos(jt-9) )d9
[0048] ②，
[0049] 式中的Δτ為散射角從Θ。到Θ處的大氣垂直光學(xué)厚度，從參考點開始，運用數(shù)值算 法，擬合方程①式和②式，數(shù)值解出參考點相鄰點上的氣溶膠比相函數(shù)ΜΘΜΘ)，
[0050] 步驟a. 2,將相鄰點作為新的參考點，向散射角變小的方向選取新的相鄰點，重復(fù) 步驟a. 1，數(shù)值解出新相鄰點上的氣溶膠比相函數(shù)5(0。+(10)，水平方向上各相鄰點的個數(shù)選 為3000(可為2000~4000)個，直至獲得探測范圍內(nèi)所有選定散射角的氣溶膠比相函數(shù)值， 得到氣溶膠比相函數(shù)&(9)的廓線；
[0051 ]步驟b，先將(XD側(cè)向連續(xù)激光雷達(dá)工作在與水平面相垂直方向上，并認(rèn)定由步驟a 得到的水平方向上的氣溶膠比相函數(shù)值與垂直方向上的相等，再選取探測高度上的同一處 作為參考點，將相對應(yīng)點的假設(shè)值作為該點上的氣溶膠后向散射系數(shù)值。之后，
[0052]步驟b. 1，將參考點上的氣溶膠后向散射系數(shù)值和氣溶膠比相函數(shù)值與CCD相機(jī)各 像素的偏角（Θ)、角寬度(d0)、CCD相機(jī)和連續(xù)激光雷達(dá)發(fā)射光束的垂直距離(D)-起代入側(cè) 向激光雷達(dá)方程式
1中，按以下方法反演計算出參考點相鄰點上的氣溶 膠后向散射系數(shù)值，
[0053]設(shè)參考點散射角為Θ。，氣溶膠后向散射系數(shù)為仏^。），大氣的光學(xué)厚度為τ。，取常 I
丨帶衰減的側(cè)向連續(xù)激光雷達(dá)信號f (Θ)定義為
[0054] ^ ①，
[0055] 理論上帶衰減的側(cè)向激光雷達(dá)信號的表達(dá)式為，
[0056] β7 (θ) = [βι( Θ )f (Θ )1+^2( Θ )f2( Θ) ]exp-( Δ τ+τ〇( 1/cos(π-θ)-l/cos(π-θ0)) + Δ τ/ cos(jt-9) )d9
[0057] ②，
[0058] 式中的Δτ為散射角從0。到0處的大氣垂直光學(xué)厚度，從參考點開始，運用數(shù)值算 法，擬合方程①式和②式，數(shù)值解出參考點相鄰點上的氣溶膠后向散射系數(shù)fo(9 c+d0)，
[0059] 步驟b. 2,將相鄰點作為新的參考點，先后向高處和低處兩個方向上選取新的相鄰 點，重復(fù)步驟b.l，數(shù)值解出新相鄰點上的氣溶膠后向散射系數(shù)0 1(0。+(10)，垂直方向上各相 鄰點的個數(shù)選為3000(可為2000~4000)個，直至獲得探測范圍內(nèi)所有選定高度上的氣溶膠 后向散射系數(shù)值，得到氣溶膠后向散射系數(shù)的廓線。
[0060] 再將得到的100組氣溶膠后向散射系數(shù)廓線數(shù)據(jù)中地面2(可為0~30)m高度上的 氣溶膠后向散射系數(shù)與由其它設(shè)備在同地點同時獲取的地面同一高度上的氣溶膠后向散 射系數(shù)逐一進(jìn)行比較，其中，其它設(shè)備為大氣能見度儀(或工作于水平檔的激光雷達(dá)），由含 有最接近其它設(shè)備在同地點同時獲取的地面同一高度上的氣溶膠后向散射系數(shù)值的100組 中的一組氣溶膠后向散射系數(shù)廓線數(shù)據(jù)得出其為氣溶膠后向散射系數(shù)廓線。
[0061] 顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明的基于連續(xù)激光的近地面層氣溶膠后向散 射系數(shù)廓線的探測方法進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對 本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖 包含這些改動和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于連續(xù)激光的近地面層氣溶膠后向散射系數(shù)廓線的探測方法，包括利用CCD 成像技術(shù)獲取激光在大氣中的散射光信號，其特征在于主要組成步驟為： 步驟1，先選定0.7~2km高度上的任一點為參考點，再將此高度內(nèi)的氣溶膠后向散射系 數(shù)的經(jīng)驗值按（10-4~l(ri)knrisr^i間的80~1200分之一為步長進(jìn)行掃描取值，得到該參考 點的氣溶膠后向散射系數(shù)的80~1200個假設(shè)值； 步驟2,先將該參考點的氣溶膠后向散射系數(shù)的80~1200個假設(shè)值逐一與由基于CCD成 像技術(shù)的側(cè)向連續(xù)激光雷達(dá)測得的信號一起代入側(cè)向散射激光雷達(dá)方程進(jìn)行氣溶膠后向 散射系數(shù)廓線的反演，得到80~1200組氣溶膠后向散射系數(shù)廓線數(shù)據(jù)，再將得到的80~ 1200組氣溶膠后向散射系數(shù)廓線數(shù)據(jù)中地面0~30m高度上的氣溶膠后向散射系數(shù)與由其 它設(shè)備在同地點同時獲取的地面同一高度上的氣溶膠后向散射系數(shù)逐一進(jìn)行比較，由含有 最接近其它設(shè)備在同地點同時獲取的地面同一高度上的氣溶膠后向散射系數(shù)值的80~ 1200組中的一組氣溶膠后向散射系數(shù)廓線數(shù)據(jù)得出其為氣溶膠后向散射系數(shù)廓線。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于連續(xù)激光的近地面層氣溶膠后向散射系數(shù)廓線的探測方 法，其特征是參考點的高度為1~1.5km。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于連續(xù)激光的近地面層氣溶膠后向散射系數(shù)廓線的探測方 法，其特征是掃描取值的范圍為(1〇-4~l〇-2)km-isr-i。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于連續(xù)激光的近地面層氣溶膠后向散射系數(shù)廓線的探測方 法，其特征是掃描取值的步長為掃描取值范圍的80~120分之一。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于連續(xù)激光的近地面層氣溶膠后向散射系數(shù)廓線的探測方 法，其特征是使用側(cè)向散射激光雷達(dá)方程進(jìn)行氣溶膠后向散射系數(shù)廓線反演的過程為： 步驟a，先將CCD側(cè)向連續(xù)激光雷達(dá)工作在大氣較均勻時間段內(nèi)的水平方向上，選定散 射角為179~180度處為參考點的氣溶膠比相函數(shù)值和大氣分子比相函數(shù)值皆為1，再由其 它設(shè)備測得參考點上的氣溶膠后向散射系數(shù)值，并認(rèn)定此值與水平方向上各散射角處的氣 溶膠后向散射系數(shù)值皆相等，之后， 步驟a. 1，將參考點上的氣溶膠后向散射系數(shù)值和氣溶膠比相函數(shù)值與CCD相機(jī)各像素 的偏角（0)、角寬度(d0)、CCD相機(jī)和連續(xù)激光雷達(dá)發(fā)射光束的垂直距離(D) -起代入側(cè)向激 光雷達(dá)方程中，方程中的Ρ(θ)為Θ偏角方向上對應(yīng)像素接收到的信 號強(qiáng)度，Ρο為連續(xù)激光雷達(dá)發(fā)射光束的功率，Κ為接收系統(tǒng)的光學(xué)透過率，A為光學(xué)系統(tǒng)的有 效面積，Tt、Tr分別為激光豎直方向和斜方向上的透過率，β(θ)為氣溶膠側(cè)向散射系數(shù)，其由 β(θ)=βι(θ)?·ι(θ)+β2(θ)?2(θ)構(gòu)成，式中的β?(θ)為氣溶膠后向散射系數(shù)、β2(θ)為大氣分子 后向散射系數(shù)、fi(e)為氣溶膠比相函數(shù)、f2(0)為大氣分子比相函數(shù)，按W下方法反演計算 出參考點相鄰點上的氣溶膠比相函數(shù)值， 設(shè)參考點散射角為Θ。，氣溶膠后向散射系數(shù)為βι(θ。），大氣的光學(xué)厚度為τ。，取常數(shù)則帶衰減的側(cè)向連續(xù)激光雷達(dá)信號護(hù)（Θ)定義為① 理論上帶衰減的側(cè)向連續(xù)激光雷達(dá)信號的表達(dá)式為， β'(目）= [βι(目）f (目）1+02(目）f2(目）]exp-( Δ T+T：c(1/c〇S(3T-0)-1/c〇S(3T-0c))+A τ/cos (31-白））d 白 ②， 式中的A τ為散射角從Θ。到Θ處的大氣垂直光學(xué)厚度，從參考點開始，運用數(shù)值算法，擬 合方程①式和②式，數(shù)值解出參考點相鄰點上的氣溶膠比相函數(shù)fi(0c+d0)， 步驟a. 2,將相鄰點作為新的參考點，向散射角變小的方向選取新的相鄰點，重復(fù)步驟 a. 1，數(shù)值解出新相鄰點上的氣溶膠比相函數(shù)fi(9c+d0)，直至獲得探測范圍內(nèi)所有選定散射 角的氣溶膠比相函數(shù)值，得到氣溶膠比相函數(shù)fi(e)的廓線； 步驟b，先將CCD側(cè)向連續(xù)激光雷達(dá)工作在與水平面相垂直方向上，并認(rèn)定由步驟a得到 的水平方向上的氣溶膠比相函數(shù)值與垂直方向上的相等，再選取探測高度上的同一處作為 參考點，將相對應(yīng)點的假設(shè)值作為該點上的氣溶膠后向散射系數(shù)值，之后， 步驟b. 1，將參考點上的氣溶膠后向散射系數(shù)值和氣溶膠比相函數(shù)值與CCD相機(jī)各像素 的偏角（0)、角寬度(d0)、CCD相機(jī)和連續(xù)激光雷達(dá)發(fā)射光束的垂直距離(D) -起代入側(cè)向激 光雷達(dá)方程式中，按W下方法反演計算出參考點相鄰點上的氣溶膠后 向散射系數(shù)值， 設(shè)參考點散射角為Θ。，氣溶膠后向散射系數(shù)為βι(θ。），大氣的光學(xué)厚度為τ。，取常數(shù)則帶衰減的側(cè)向連續(xù)激光雷達(dá)信號護(hù)（Θ)定義為①， 理論上帶衰減的側(cè)向激光雷達(dá)信號的表達(dá)式為， 6'(目）=[01(目）f (目）1+02(目）f2(目）]exp-( Δ T+T：c(1/c〇S(3T-0)-1/c〇S(3T-0c))+A τ/cos (31-白））d 白 ②， 式中的A τ為散射角從Θ。到Θ處的大氣垂直光學(xué)厚度，從參考點開始，運用數(shù)值算法，擬 合方程①式和②式，數(shù)值解出參考點相鄰點上的氣溶膠后向散射系數(shù)01(0。+(10)， 步驟b. 2,將相鄰點作為新的參考點，先后向高處和低處兩個方向上選取新的相鄰點， 重復(fù)步驟b.l，數(shù)值解出新相鄰點上的氣溶膠后向散射系數(shù)M0c+d0)，直至獲得探測范圍內(nèi) 所有選定高度上的氣溶膠后向散射系數(shù)值，得到氣溶膠后向散射系數(shù)的廓線。6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的基于連續(xù)激光的近地面層氣溶膠后向散射系數(shù)廓線的探 測方法，其特征是其它設(shè)備為大氣能見度儀，或工作于水平檔的激光雷達(dá)。
【文檔編號】G01S17/95GK105974433SQ201610299002
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月5日
【發(fā)明人】陶宗明, 單會會, 張輝, 張清澤, 麻曉敏
【申請人】中國人民解放軍陸軍軍官學(xué)院