[发明专利]基于相干激光雷达谱强度数据的大气能见度分析方法

说明书

基于相干激光雷达谱强度数据的大气能见度分析方法，根据相干激光雷达的信号探测流程分析，其不同距离门谱数据最大强度包含大气回波信息。提取出对应高度的谱强度数据，可对应包含大气消光系数与后向散射系数大气激光雷达方程。利用大气后向散射系数同大气消光系数之间的计算关系，反演出大气消光系数。结合大气能见度同消光系数之间的关系，最终得出不同高度处大气能见度结果。相干激光雷达进行能见度探测，扩展了相干雷达的应用功能，提高了相干系统的数据利用率。相比传统的气溶胶激光雷达探测，谱强度数据信噪比较大，探测距离及精度有明显优势。并且相干激光雷达结构紧凑，光学部件稳定可靠，使用的环境可靠性相比传统气溶胶雷达更有优势。

技术领域

本发明涉及一种激光雷达探测方法，具体涉及一种基于相干激光雷达谱强度数据测量大气能见度信息。

背景技术

大气信息，如风速，温度，湿度，气溶胶，云等信息具有十分重要的作用。无论对天气预报，机场安全高效运行，大气污染物的监测，还是在军事方面的用途，都有十分重要的作用。

激光雷达的测量信息时空分辨率高，能够连续测量，相比传统的大气探测方式而言优势明显。相干激光雷达系统目前已有成熟的应用，但主要用来进行大气风场测量。相干激光雷达中，将回波强度通过傅里叶变换转换为谱数据。谱数据信息包含两个方面，频率变化信息及谱强度信息。

由于大气回波的多普勒效应，谱数据的频率变化信息可用于反演大气风速；谱强度信息中蕴含大气消光信息，可基于谱强度信息反演大气能见度。

常规的相干激光雷达的测量中，仅使用谱数据的频率波动信息，反演大气；而谱数据的强度则不作考虑，限制了相干雷达的应用范围。而常规的大气测量中，大气风场及大气能见度作为两个大气的基本参数，存在共同测量的需要。因此，通常在配备一台相干激光雷达测量大气风场时，还需同时配备气溶胶雷达或能见度仪，来同步获取大气能见度信息。

目前尚未出现利用相干激光雷达进行大气能见度分析的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于相干激光雷达谱强度数据的大气能见度分析方法，该方法利用相干激光雷达探测数据，将不同高度处谱强度信息对应激光雷达方程，进行谱数据强度分析，从而反演大气能见度信息。

一种基于相干激光雷达谱强度数据的大气能见度分析方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，对相干激光雷达的光电探测器采样信号进行变换，获得对应于不同高度的谱数据；

步骤2，对不同高度的谱数据进行强度检测，得出不同高度处最大谱强度数据F(h)，最大谱强度数据包含大气信息，其中h为高度；

步骤3，将谱强度数据等效至激光雷达方程，同时也进行了距离校正：

其中，A为谱强度数据同回波强度转换的比例关系，为定值；K为系统常数；h为高度；β(h)为大气总后向散射系数，α(ξ)是关于高度ξ的大气总消光系数；

步骤4，利用大气消光系数与大气后向散射系数之间的对应关系，将大气总后向散射系数由大气总消光系数代替：β(h)＝α^k(h)/S₁，

S₁为消光后向散射比，k与激光发射波长、气溶胶离子特性相关，0.67≤k≤1，一般取k＝1；

对步骤3所得公式进行对数与微分处理，得到结果：

其中，步骤3公式的常数项做对数变为单独常数项，再微分计算时常数为0；

步骤5，结合伯努利方程解法，获取大气消光系数信息：