[发明专利]一种基于无人机大气激光雷达的气溶胶消光系数反演方法

说明书

基于无人机大气激光雷达的气溶胶消光系数反演方法包括以下步骤：步骤一，在地面目标位置放漫反射板，无人机大气激光雷达升空固定高度后将激光发射系统对准漫反射板，垂直于漫反射板发射激光脉冲；步骤二，激光接收系统接收后向散射信号，由光电探测和数据采集系统进行信号的转换和采集，然后由数据处理系统计算无人机大气激光雷达至漫反射板之间的大气光学参数；步骤三，无人机大气激光雷达上升固定高度n次，重复步骤二n次，得到对应高度的大气透过率、光学厚度，进而得到气溶胶消光系数的情况；步骤四，无人机大气激光雷达在下降过程中，可悬停固定高度n次，重复步骤二n次；相当于重复上升过程中的测量，通过增加测量次数提高结果的准确度。

技术领域

本发明涉及一种基于无人机大气激光雷达的气溶胶消光系数反演方法，更具体地说属于一种采用无人机和大气激光雷达反演气溶胶消光系数的方法。

背景技术

大气激光雷达（Atmospheric Lidar）是一种主动式光学遥感探测技术，用于探测气溶胶消光系数、后向散射系数、退偏振比及粒径特性、大气温湿度、大气气体浓度等的时空分布。这些大气参数对大气化学、大气辐射、大气污染监测、天气预报以及气候模式研究等具有重要意义。米散射激光雷达常用Fernald法反演气溶胶消光系数，该探测方法需要设定大气气溶胶激光雷达比，激光雷达比依赖于发射的激光波长、气溶胶的尺度谱分布和折射系数，并且天气条件的改变会导致设定的参数值不准确，进而引发较大的反演误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于无人机大气激光雷达的气溶胶消光系数反演方法，结合了无人机、大气激光雷达和漫反射板各自的特点，实现气溶胶的高精度探测。

本发明包括以下步骤：步骤一，在地面目标位置放置漫反射板，无人机大气激光雷达升空固定高度后将激光发射系统对准漫反射板，垂直于漫反射板发射激光脉冲；步骤二，激光接收系统接收后向散射回波信号，由光电探测和数据采集系统进行信号的转换和采集，然后由数据处理系统计算无人机大气激光雷达至漫反射板之间高度范围内的大气光学参数；步骤三，无人机继续上升固定高度n次，重复上述步骤n次，得到整段高度的气溶胶消光系数的情况；步骤四，无人机大气激光雷达在下降过程中，悬停固定高度n次，重复上述步骤n次，得到整段高度的气溶胶消光系数的情况；重复上升过程中的测量，通过增加测量次数提高所获结果的准确度。

利用漫反射板提供的后向散射信号不随天气变化、后向散射系数确定的特性，不需要确定大气气溶胶的激光雷达比，通过上升过程n次的探测数据利用激光雷达方程计算，并且步骤一中利用无人机在漫反射板垂直正上方实现任意高度的悬停，使无人机每次飞行上升的高度相同，简化了复杂的反演过程，每次飞行下降时重复测量提高结果准确度，而无人机每次探测时调整的高度越小，最终反演出的结果越精确。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1，本发明的基于无人机大气激光雷达的气溶胶消光系数反演方法探测原理图。

图2，本发明的基于无人机大气激光雷达的气溶胶消光系数反演方法激光雷达接收信号强度随漫反射板与无人机距离变化图。

图3，本发明的基于无人机大气激光雷达的气溶胶消光系数反演方法探测示意图。

图4，本发明的基于无人机大气激光雷达的气溶胶消光系数反演方法步骤流程图。

图中：1．无人机，2．大气激光雷达发射单元，3．大气激光雷达接收单元，4．漫反射板，5. 出射激光，6. 漫反射光，7. 大气激光雷达接收单元接收到的后向散射光，8、9、10、11分别表示探测到的对应无人机与漫反射板不同距离时漫反射板位置处的后向散射回波信号，12. 控制单元，13. 脉冲激光器，14. 激光发射系统，15. 大气，16. 地面放置的漫反射板，17. 激光接收系统，18. 光电探测和数据采集系统，19. 数据处理系统。

具体实施方式