【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光雷达，具体涉及一种基于相干多普勒激光雷达后向散射的能见度反演方法。
技术介绍
1、大气能见度是气象观测的要素之一，不仅被用于日常气象部门的天气分析，更广泛用于高速公路、港口、航空航海等交通运输部门和军事等领域。大气能见度主要取决于悬浮在大气中各种微粒气溶胶引起的大气消光，测量能见度的主要方法包括透射法和散射法。目前在气象观测站和机场等部门使用最多的是前向散射能见度仪，它只能提供单点的能见度测量，不适用于分层的气溶胶分布条件，例如海雾、公路团雾等。
2、基于气溶胶弹性后向散射的激光雷达通过遥感的方式实现大气消光的测量，已被证明是一种测量能见度的强大方法，具有高时空分辨等优点，且可以探测斜程能见度。当前的能见度激光雷达一般采用空间光直接多模探测的工作方式，脉冲能量、系统功耗和体积都较大，白天容易受到太阳背景辐射噪声干扰。同时，其常用的可见光波长对人眼安全构成较大威胁。
3、多普勒测风激光雷达是弹性后向散射激光雷达系统中应用最广泛的一种，通过分析气溶胶、云、硬目标等回波信号的多普勒频移，可以实现其运动速度的探测，目前已被广泛用于航空安全保障、风力发电、大气污染监测预报等领域。测风激光雷达回波强度包含了大气衰减的信息，但是由于相干探测效率易受到激光光束焦距和湍流等因素的影响，过去其回波信号强度信息往往被忽略，基于相干测风激光雷达分析大气能见度的研究几乎处于空白。
技术实现思路
1、专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种提出通
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：提供一种基于相干多普勒激光雷达后向散射的能见度反演方法，包括以下步骤：
3、步骤1，对相干激光雷达的原始拍频电流信号进行快速傅立叶变换，并进行脉冲累积，获得不同距离门的累积功率谱数据，其中表示频率，表示距离门；
4、步骤2，对累积功率谱数据进行去除噪声、系统频率响应归一化处理后，得到信号频谱，并提取回波信号强度，即其载噪比；
5、步骤3，对回波信号载噪比进行距离、聚焦函数和系统常数的校准，得到衰减后向散射系数，具体为：
6、；
7、步骤4，对衰减后向散射系数进行大气消光衰减项的订正，得到后向散射系数，具体为：
8、；
9、其中，，为大气消光系数，是激光雷达比；
10、步骤5，利用能见度与后向散射系数之间的关系得到能见度。
11、作为本专利技术的一种优选实施方式：所述步骤3中，聚焦函数与出射光束的光斑大小和等相面曲率半径有关，在无截断高斯光束条件下，聚焦函数可以表示为：
12、；
13、其中为出射高斯光束在望远镜处的辐照度半径，为激光波长，为出射光束的等相面曲率半径，为与湍流相关的横向相干长度；系统常数利用已知光学散射特征的大气目标信号进行校准。
14、作为本专利技术的一种优选实施方式：所述步骤5中，所述能见度与后向散射系数之间的关系为：
15、；
16、其中表示激光波长，，埃波长指数为：
17、；
18、其中，激光雷达比通过匹配原位能见度传感器的结果进行校准。
19、作为本专利技术的一种优选实施方式：所述步骤5中，能见度与后向散射系数之间的关系具体为：
20、通过激光雷达与原位能见度传感器的历史数据，基于非线性回归、机器学习方法建立不同环境下测风激光雷达气溶胶后向散射系数与大气能见度的转换关系。
21、本专利技术相比现有技术，具有以下有益效果：
22、1、近红外波段大气消光影响小，通过对测风激光雷达回波信号进行聚焦函数、系统常数和大气消光衰减的校准求解米散射激光雷达方程，无需借助参考点，避免参考点假设引入的误差，可以更准确地反演气溶胶后向散射系数，进一步利用气溶胶后向散射系数得到大气能见度，具有精度高，方法稳定的优点；
23、2、在相干测风激光雷达的工作波长，人眼安全阈值高，水平扫描更灵活；雷达系统全光纤结构简单稳定易于小型化，相比传统的气溶胶雷达系统更有优势，更适合商业性的大范围推广；通过本专利技术提出的能见度反演方法拓展了现有常规相干测风激光雷达的大气气象参数探测能力和数据产品范围。
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1.一种基于相干多普勒激光雷达后向散射的能见度反演方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于相干多普勒激光雷达后向散射的能见度反演方法，其特征在于：所述步骤2中，从功率谱中提取峰值所对应的频率，在给定带宽范围内计算载噪比：
3.根据权利要求1所述的一种基于相干多普勒激光雷达后向散射的能见度反演方法，其特征在于：所述步骤3中，聚焦函数与出射光束的光斑大小和等相面曲率半径有关，在无截断高斯光束条件下，聚焦函数可以表示为：
4.根据权利要求1所述的一种基于相干多普勒激光雷达后向散射的能见度反演方法，其特征在于：所述步骤5中，所述能见度与后向散射系数之间的关系为：
5.根据权利要求1所述的一种基于相干多普勒激光雷达后向散射的能见度反演方法，其特征在于：所述步骤5中，能见度与后向散射系数之间的关系具体为：
【技术特征摘要】
1.一种基于相干多普勒激光雷达后向散射的能见度反演方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于相干多普勒激光雷达后向散射的能见度反演方法，其特征在于：所述步骤2中，从功率谱中提取峰值所对应的频率，在给定带宽范围内计算载噪比：
3.根据权利要求1所述的一种基于相干多普勒激光雷达后向散射的能见度反演方法，其特征在于：所述步骤3中，聚焦函数与出射光...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏天问，栗喆锴，汪梦雅，夏海云，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：
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