[发明专利]一种遥感区分灰霾类别的激光雷达装置

说明书

技术领域

本发明属于激光雷达技术领域，特别是涉及一种遥感区分灰霾类别的激光雷达装置。

背景技术

雾属于气溶胶系统，是悬浮在贴近地面大气中大量微细水滴（或冰晶）的可见集合体，主要是空气中水汽达到或者接近饱和后在凝结核上凝结而成的。而霾，又称灰霾，也属于气溶胶系统，是悬浮在大气中大量微小尘粒，烟粒或盐粒的集合体，组成霾的粒子极小，不能用肉眼分辨。气象学上认为，相对湿度大于90%，水平能见度小于1km而引起的能见度下降为雾；当相对湿度小于80%，水平能见度小于10km时认为是霾；相对湿度在80%～90%之间时大气混浊视野模糊导致的能见度恶化是雾和霾混合物共同造成，但认为其主要成分是霾。

由于经济规模的迅速扩大和城市化进程的加快，当今的灰霾已经不是一种完全的自然现象。人为排放的大量气溶胶已使得空气质量严重恶化，大气污染日益严峻。灰霾对人们的身体健康、心理健康，以及交通安全和区域气候等方面都有着非常重要的影响。在我国灰霾己经成为大气污染的重要形式，成为我国许多城市面临的主要问题。根据对我国某大城市50余年来气溶胶光学消光系数与肺癌死亡率关系的研究，发现“肺癌死亡率在灰霾天气增加后的7~8年时明显增加”的规律。同时，灰霾会降低能见度，影响城市景观和正常的交通秩序，并且还会吸收太阳能，影响地面辐射的收支平衡，进而影响到全球气候。

目前常用的测量灰霾的方法是用采样器或薄膜将颗粒物收集后进行分析测试。然而这些离线分析手段虽然可以对样品进行全面、准确地分析，但费时费力且化学成分易受破坏而无法真正反应原始气溶胶的特征。实时在线测量技术可以连续地分析大气气溶胶成分和粒子的粒径组成，较为完整地得到粒子化学成分和粒子的粒径组成，如单颗粒气溶胶质谱技术等。此外，吸湿串级差分淌度分析仪(HTDMA)、光腔衰荡光谱仪(CRDS)以及浊度计(Nephelometer)等原位检测分析仪器也被用于气溶胶化学类别、吸湿性和光学性质等的检测。但是，以上这些检测方法或仪器仅能在有限区域进行单点采样，必须将仪器置于被测气溶胶环境中，这样便大大限制了其应用。若想对于大范围内的灰霾状况进行检测，则激光雷达遥感技术是个不错选择。但目前已有的激光雷达系统并不是专门为检测灰霾而研制的，只是把灰霾作为普通气溶胶看待，简单地探测一些气溶胶的普通的光学参数而已。

并且，目前已发表的对灰霾进行探测的激光雷达系统采用的均是普通后向散射激光雷达。由于在大气探测中，激光雷达接收到的大气后向散射光包含了大气分子的瑞利散射信号和气溶胶粒子的米散射信号。普通后向散射激光雷达在进行数据重构时无法对瑞利散射信号和气米散射信号进行区分，需要人为假设被探测大气气溶胶的激光雷达比，理论上来说就不能达到高精度。而高光谱分辨率激光雷达利用具有高光谱分辨率的滤光器，从大气散射中分离米散射和瑞利散射光谱，进而反演出大气参数。由于无需假设激光雷达比，高光谱分辨率激光雷达可以得到比普通后向散射激光雷达更高精度。

另外，这些已发表的利用激光雷达对灰霾进行探测的报道，仅是探测了灰霾作为气溶胶的基本光学参数，如消光系统和退偏比等，而无法灰霾的类别进行自动判别。同时，几乎所有的报道基本都是利用工作在一个波长的激光雷达进行探测的。而灰霾作为气溶胶，其在不同波长上的光学特性是不同的，利用多波长上的特性对其进行判别，可以得到更高的精度。

建立一种基于高光谱分辨率激光雷达的灰霾遥感系统及灰霾类别遥感方法，可以无需身处灰霾之中即可对灰霾类别进行高精度探测，对于人们的生活、社会生产、地球环境等都具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，提出了一种遥感区分灰霾类别的激光雷达装置，本发明基于高光谱分辨率激光雷达，结合灰霾分析判别方法，可对灰霾类别进行高精度探测。

本发明包括两个偏振高光谱分辨率激光雷达系统和一个灰霾类别识别系统。两个偏振高光谱分辨率激光雷达系统分别为工作在532nm波段的偏振高光谱分辨率激光雷达系统和工作在1064nm波段的偏振高光谱分辨率激光雷达系统。