一种大气参数测量方法技术

本申请公开了一种大气参数测量方法，通过激光雷达接收不同角度的反射光束。通过分析这些反射光束的回波信号P

【技术实现步骤摘要】
一种大气参数测量方法


[0001]本申请涉及激光雷达设备领域，特别涉及一种大气参数测量方法。

技术介绍

[0002]随着人类社会不断地发展，科技不断地提高，人们对于自然环境的破坏也越来越严重，尤其是对大气环境的破坏更甚。大气环境对于人类来说至关重要，同时在现代社会，城市中居住着很多人口，而城区的大气环境直接影响到人们的健康，因此有必要对大气环境进行实时监测。
[0003]现有的大气参数检测方法一般都是利用米散射激光雷达作为一种主动遥感技术，通过发射激光脉冲与大气粒子相互作用，并接收产生的回波信号来获取大气参数。
[0004]人们常常用Fernald算法求解激光雷达方程，从而反演出关于大气的消光系数、光学厚度和透过率。Fernald方法需要通过假设气溶胶的激光雷达比，从而得到反演解。但激光雷达比与诸多因素，如气溶胶粒子的折射率、尺寸、形态和组成等的分布有关，而实际气溶胶粒子的折射率、尺寸、形态和组成参数的差异很大，使得相应的激光雷达比很难确定，从而导致通过Fernald算法计算的大气参数结果的误差非常大。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种大气参数测量装置和方法，其能够改善上述问题。
[0006]本申请的实施例是这样实现的：
[0007]第一方面，本申请提供一种大气参数测量装置，其包括：
[0008]处理器、激光雷达、旋转装置；
[0009]所述激光雷达朝背离地面的方向设置；
[0010]垂直于地面的方向为高度方向Z，所述激光雷达固定于所述旋转装置上，所述旋转装置用于旋转所述激光雷达以接收不同角度的反射光束，所述反射光束与所述高度方向Z成不同角度；
[0011]所述处理器与所述激光雷达电连接。
[0012]可以理解，本申请所提供的大气参数测量装置，在激光雷达位置不变的情况下，通过旋转装置旋转激光雷达以接收不同角度的反射光束。上述处理器对各个反射光束的回波信号数据进行处理，计算得到当前环境的大气参数。
[0013]其中，如图1和图2所示旋转装置包括水平面旋转装置和垂直面旋转装置；水平面旋转装置用于在与反射平板平行的平面上绕高度方向Z转动激光雷达，以实现激光雷达在XY平面上的转动；垂直面旋转装置用于在与地面垂直的垂直平面上绕该垂直平面的垂直轴转动激光雷达，以实现激光雷达在XZ平面等垂直平面上的转动。
[0014]在本申请可选的实施例中，大气参数包括大气消光系数R(z)、后向散射体积系数β(z)、光学厚度AOD(z)、透过率T
i
(z)和能见度V(z)。
[0015]在本申请可选的实施例中，所述大气参数测量装置还包括显示器，所述显示器与
所述处理器电连接。该显示器可以用于将所测量的大气参数中的一个或多个显示出来。
[0016]第二方面，本申请提供一种大气参数测量方法，该方法应用于第一方面所提供的大气参数测量装置，其包括：
[0017]将高度方向上与所述激光雷达的距离作为反射高度z
j
；
[0018]在同一所述反射高度z
j
的情况下，记录所述激光雷达所接收的不同角度的反射光束的回波信号P
ij
，所述反射光束与所述高度方向Z成角度α
ij
；
[0019]对所述回波信号P
ij
进行处理，得到所述回波信号P
ij
对应的光功率信号RCS
ij
；
[0020]在同一所述反射高度z
j
情况下，计算所述光功率信号RCS
ij
和所述角度α
ij
的关系式的斜率τ
0j
；
[0021]计算每个所述反射高度z
j
所对应的斜率τ
0j
；
[0022]建立斜率函数τ(z)，对所述斜率函数τ(z)求导得到大气消光系数R(z)。
[0023]可以理解，本申请公开了一种大气参数测量方法，通过激光雷达在不同高度接收不同角度的反射光束。通过分析这些反射光束的回波信号P
ij
的光功率信号RCS
ij
与角度α
ij
的关系，计算出当前的大气消光系数R(z)。再根据该大气消光系数R(z)和光功率信号RCS
ij
公式，计算出其他大气参数，如后向散射体积系数β(z)、光学厚度AOD(z)、透过率T
i
(z)和/或能见度V(z)。本方法无需假设激光雷达比，通过多角度扫描法和反演法，得到了更为精确的大气参数。
[0024]在本申请可选的实施例中，所述在同一所述反射高度z
j
情况下，计算所述光功率信号RCS
ij
和所述角度α
ij
的关系式的斜率τ
0j
，包括：
[0025]将同一所述反射高度z
j
情况下的各个所述角度α
ij
和对应的所述光功率信号RCS
ij
代入下式，计算得到所述斜率τ
0j
：
[0026]In(RCS
i
(z))＝In(C
·
β
i
(z))
‑
2τ
0j
·
x
ij
[0027]其中，x
ij
＝1/cosα
ij
，大气的后向散射体积系数β
i
(z)在高度方向Z上为常数。
[0028]在本申请可选的实施例中，所述方法还包括：
[0029]将所述斜率函数τ(z)代入下式，得到大气的后向散射体积系数β(z)：
[0030]In(RCS(z))＝In(C
·
β(z))
‑
2τ(z)。
[0031]在本申请可选的实施例中，所述方法还包括：
[0032]通过下式计算所述激光雷达的激光雷达比LR(z)：
[0033]LR(z)＝R(z)/β(z)。
[0034]在本申请可选的实施例中，所述方法还包括：
[0035]通过下式计算大气的光学厚度AOD(z)：
[0036]其中z
m
为所述反射高度z
j
的最大值。
[0037]在本申请可选的实施例中，所述方法还包括：
[0038]通过下式计算大气的透过率T
i
(z)：
[0039][0040]在本申请可选的实施例中，所述方法还包括：
[0041]通过下式计算大气的能见度V(z)：
[0042][0043]在本申请可选的实施例中，所述方法还包括：
[0044]通过显示器显示所测量的大气参数中的一个或多个；所述大气参数包括大气消光系数R(z)、后向散射体积系数β(z)、光学厚度AOD(z)、透过率T<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大气参数测量方法，其特征在于，将高度方向上与激光雷达的垂直距离作为反射高度z
j
；在同一所述反射高度z
j
的情况下，记录所述激光雷达所接收的不同角度的反射光束的回波信号P
ij
，所述反射光束与所述高度方向Z成角度α
ij
；对所述回波信号P
ij
进行处理，得到所述回波信号P
ij
对应的光功率信号RCS
ij
；在同一所述反射高度z
j
情况下，计算所述光功率信号RCS
ij
和所述角度α
ij
的关系式的斜率τ
0j
；计算每个所述反射高度z
j
所对应的斜率τ
0j
；建立斜率函数τ(z)，对所述斜率函数τ(z)求导得到大气消光系数R(z)。2.根据权利要求1所述的大气参数测量方法，其特征在于，所述在同一所述反射高度z
j
情况下，计算所述光功率信号RCS
ij
和所述角度α
ij
的关系式的斜率τ
0j
，包括：将同一所述反射高度z
j
情况下的各个所述角度α
ij
和对应的所述光功率信号RCS
ij
代入下式，计算得到所述斜率τ
0j
：In(RCS
i
(z))＝In(C
·
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨少辰，冼锦洪，徐文静，孙东松，龙传德，宋庆春，
申请(专利权)人：深圳大舜激光技术有限公司，
类型：发明
国别省市：