[发明专利]一种用于区分雾、霾的激光雷达监测方法

说明书

本发明涉及一种用于区分雾、霾的激光雷达监测方法，包括：S1、计算连续时间内同一高度处同一气团的后向散射系数；S2、对后向散射系数进行短时傅里叶变换，并绘制时频图；S3、将时频图中频率小于低于Fm的信号设定为低频信号，其他的为高频信号；S4、计算低频分布比例和高频分布比例；S5、分别将后向散射系数绘制成波形图，且绘制高频所占百分比图；S6、结合后向散射系数绘制的波形图以及时频图综合判断出波动的时间段；S7当记录的时间段内高频分布比例超过预设比例阈值的占比大于N时，则判定为雾；反之，则判定为霾。本方法操作简单，成本低，对于提高雾、霾监测效率及提高激光雷达数据利用率具有较大的价值。

技术领域

本发明涉及气象监测领域，特别涉及一种用于区分雾、霾的激光雷达监测方法。

背景技术

雾、霾都是人类生活中比较常见的视程障碍现象，雾、霾发生时都会出现空气质量下降，能见度降低的情况，对人们的正常生活还是会造成影响的。近几年来对于雾、霾的监测，引进了很多监测设备，如大气成分监测设备、颗粒物激光雷达等，对于雾、霾的判断方法也是越来越多，如结合能见度和相对湿度的大小进行判断、根据PM2.5的含量进行判断、根据消光系数和退偏振比的大小进行判断等，这些判断方法需要结合当时的天气情况才能进一步判断雾和霾，过程比较复杂，并且如果没有注意到当时视程障碍现象的演变和相对湿度的变化，就容易将二者判断错误。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种操作简单且判断准确率高的用于区分雾、霾的激光雷达监测方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于区分雾、霾的激光雷达监测方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、采集激光雷达在连续时间内接收到的同一高度Z₀处的瞬时信号强度并根据该瞬时信号强度计算得到连续时间内同一高度Z₀处同一气团的后向散射系数

S2、对后向散射系数进行短时傅里叶变换，得到STFT(t，ω)；并将STFT(t，ω)的幅值进行归一化，另外绘制以时间为纵坐标t、频率ω为横坐标的时频图；

S3、将时频图中频率ω小于低于Fm的信号设定为低频信号，将频率ω大于Fm的信号设定为高频信号；Fm为预设值；

S4、计算低频分布比例d和高频分布比例g，低频分布比例d等于所有低频信号的幅度之和除以所有信号的幅度之和，高频分布比例g等于所有高频信号的幅度之和除以所有信号的幅度之和；其中，0≤d≤100％，0≤g≤100％，d+g＝100％；

S5、分别将后向散射系数绘制成波形图，且根据高频分布比例绘制出高频信号所占百分比图；

S6、结合后向散射系数绘制的波形图以及S2中的时频图综合判断出波动的时间段；

S7、判断高频信号所占百分比图中在S6记录的时间段内的高频分布比例，当S6中记录的时间段内高频分布比例超过预设比例阈值的占比大于N时，其中，0＜N≤100％，则判定为雾；反之，则判定为霾。

作为改进，所述S1中后向散射系数β_Z(t)的获取方法为：

S1-1、激光雷达接收到不同高度Z的瞬时信号强度P_r(z)公式为：

其中，E0为有效的激光能量；c表示光的速度；A为接收机孔径；z表示高度；β(z)是在高度z处某气团的后向散射系数；为双程大气投射度，代表在不同探测高度处，地面到探测高度之间大气的衰减；

S1-2、将上述公式1转换后得到不同高度Z的某气团的后向散射系数β_t(z)