【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及大气探测技术,具体涉及一种气溶胶相函数观测系统及其观测方法。
技术介绍
气溶胶是悬浮在空气中的微小粒子,通常被简单的称为大气颗粒物。当辐射在大气中传输时,要受到大气中气体、气溶胶等不同组分的散射,其强度、传输方向以及偏振状态等都会产生变化。大部分情况下,由于太阳辐射是自然光,大气中的散射光呈轴对称分布。因此,这种分布可以用单一平面角度来描述,0度表示散射光与入射光方向一致的前向散射,180度表示散射光与入射光方向相反的后向散射,散射光与入射光之间的夹角即为散射角。相函数被定义为描述散射光强度在不同散射角上的分布的物理量。近年来,有一些研究搭建了观测气溶胶相函数的仪器,并进行了室内实验和外场观测实验。这些仪器所采用的光源都是激光,因为只有发散角度小的激光才能够满足测量相函数的需要。第一种设计,是将一个光电倍增管安装在机械臂上,使其在激光所在平面内绕光路中的一点旋转,以接收不同散射角的散射信号;第二种设计是使气路垂直于光路,并交汇于一点,然后围绕这一点在激光所在平面内安装很多个光电二极管,每个光电二极管接收不同散射角的散射信号;第三种设计是通过在光路旁边放置两面抛物线型反射镜,让同一点向不同角度散射的光经过两面反射镜后重新汇聚于新的一点。在该点放置一面可转动的平镜,通过转动该镜的角度,将不同散射角的散射信号反射到光电倍增管中;第四种设计是在一椭球面镜内侧开孔使光路穿过,散射到椭球面镜上的光线经反射后,经过一条管路到达光电倍增管,而通过旋转该管路,可以使不同散射角的散射光信号经反射后到达光电倍增管中。这些关于气溶胶相函数的研究,有的是在实验室内对 ...
【技术保护点】
一种气溶胶相函数观测系统,其特征在于,所述气溶胶相函数观测系统包括:激光发射单元、光阱、浊度计、散射信号接收器和计算机;其中,所述激光发射单元发射出水平方向的连续激光;在激光束的末端安装光阱,以吸收剩余激光;在激光束的下方安装浊度计,浊度计的进气口对准激光束,测量得到气溶胶半球后向散射系数;在激光束的旁边并且与激光束高度相同的位置安装散射信号接收器;所述散射信号接收器包括广角镜头、激光滤光片和CCD相机,广角镜头将激光束经大气中的气体和气溶胶散射的散射光汇聚,经激光滤光片过滤后,由CCD相机接收光信号并转换成电信号;所述浊度计和CCD相机分别连接至计算机;所述CCD相机得到的信号与浊度计测量到的气溶胶半球后向散射系数结合,得到气溶胶相函数。
【技术特征摘要】
1.一种气溶胶相函数观测系统,其特征在于,所述气溶胶相函数观测系统包括:激光发射单元、光阱、浊度计、散射信号接收器和计算机;其中,所述激光发射单元发射出水平方向的连续激光;在激光束的末端安装光阱,以吸收剩余激光;在激光束的下方安装浊度计,浊度计的进气口对准激光束,测量得到气溶胶半球后向散射系数;在激光束的旁边并且与激光束高度相同的位置安装散射信号接收器;所述散射信号接收器包括广角镜头、激光滤光片和CCD相机,广角镜头将激光束经大气中的气体和气溶胶散射的散射光汇聚,经激光滤光片过滤后,由CCD相机接收光信号并转换成电信号;所述浊度计和CCD相机分别连接至计算机;所述CCD相机得到的信号与浊度计测量到的气溶胶半球后向散射系数结合,得到气溶胶相函数。2.如权利要求1所述的气溶胶相函数观测系统,其特征在于,所述激光发射单元包括固体激光器和倍频晶体;所述固体激光器采用固体激光材料作为发光物质,发出的激光经过倍频晶体后变成倍频的激光。3.一种气溶胶相函数观测方法,其特征在于,所述气溶胶相函数观测方法包括以下步骤:1)采集一张暗帧图像,即用挡板挡住CCD相机进行探测;2)打开激光器,开启挡板进行图像采集,读取图像上每个像素的灰度数据,然后减去暗帧图像对应的灰度数据,得到去掉暗电流噪声的激光束经大气散射的散射光的图像,大气包括气体和气溶胶;3)采用线性拟合法拟合散射光的图像的中心轴;4)得到中心轴上的每个像素所对应散射光的散射角θ;5)将拟合得到的中心轴以一个像素为步长分为多个档,每一档对应的像素点上做垂直于中心轴并以该中心轴上的像素点为中点的线段,选择合适的线段长度使得与激光束的散射光有关的信号都能够被这些像素点包含在内,得到在线段内每一个像素对应的灰度值,对每一档的灰度值采用正态分布函数进行拟合,得到每一像素对应的大气的散射光信号强度;6)根据每个像素所对应的散射光的散射角以及大气的散射光信号强度,得到大气的散射光信号强度随散射角的变化I(θ);7)得到气溶胶的信号强度随散射角的变化Iaero(θ);8)对气溶胶的信号强度随散射角的变化Iaero(θ)进行归一化,得到气溶胶的相函数。4.如权利要求3所述的气溶胶相函数观测方法,其特征在于,在步骤4)中,得到中心轴上的每个像素所对应的激光束经大气散射的散射光的散射角,具体包括以下步骤:a)调整CCD相机的角度,使得激光束经大气散射的散射光的图像经过CCD相机的像素矩阵的中心点;b)运用参照物方法标出激光束经大气散射的散射光的散射角为90°对应的图像位置;c)根据中心点与90°散射角对应的图像位置,结合广角镜头的焦距f,推算中心点所对应的激光束经大气散射的散射光的散射角;d)根据中心点所对应的散射角、90°散射角对应的图像位置以及广角镜头的焦距f,推算出整个激光束经大气散射的散...
【专利技术属性】
技术研发人员:赵春生,边宇轩,赵罡,旷烨,陶江川,
申请(专利权)人:北京大学,
类型:发明
国别省市:北京;11
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