[发明专利]一种基于CCD激光雷达的一体式大气气溶胶探测系统及方法

权利要求书

1.一种基于CCD激光雷达的一体式大气气溶胶探测系统，其特征在于，包括：

发射装置，用于向距离接收装置固定距离的大气方向发射一束激光，所述激光在气溶胶粒子表面发生米散射后产生侧向散射光；

以及接收装置，所述接收装置包括CCD相机，所述CCD相机以图像的形式将所述的侧向散射光信号保存在PC上，从图像信息中将侧向散射信号提取出来，根据激光发射路径的大气透过率和侧向散射光返回路径上的大气透过率，结合所述侧向散射光，通过反演算法，得到气溶胶消光系数的垂直廓线和气溶胶散射系数的垂直廓线。

2.根据权利要求1所述的基于CCD激光雷达的一体式大气气溶胶探测系统，其特征在于，所述发射装置包括激光器，用于发射激光经两个激光谱线反射镜反射后，在距离接收装置固定距离处向大气发射。

3.根据权利要求1所述的基于CCD激光雷达的一体式大气气溶胶探测系统，其特征在于，所述接收装置包括：CCD相机，用于采集所述图像信息。

4.根据权利要求1所述的基于CCD激光雷达的一体式大气气溶胶探测系统，其特征在于，在第一次使用前，需要对所述基于CCD激光雷达的一体式大气气溶胶探测系统进行标定。

5.根据权利要求1所述的基于CCD激光雷达的一体式大气气溶胶探测系统，其特征在于，所述标定的方法包括：

角度差确定模块，其被配置为：将所述系统水平放置，使激光射出，然后分别在距激光发射点两个不同位置处阻挡激光，利用激光测距仪分别测出激光发射点到两个阻挡位置处的距离，根据激光发射点到两个阻挡位置处的距离与激光发射点到CCD相机之间的距离，得到散射角的角度差；

像素差确定模块，获取两次被阻挡的图像信号，被阻挡的激光成像在图片上是一个光斑，将所述图像信号导入Matlab，对光斑区域进行高斯拟合，分别找到两个光斑的中心像素，将两个光斑的中心像素作差，得到像素差；

标定模块，其被配置为：根据角度差和像素差得到单个像素的视场角，通过阻挡激光，观察光斑在图像的成像位置，确定CCD相机能拍到的最近距离，根据CCD相机能拍到的最近距离所对应的散射角、单个像素的视场角、以及激光发射点到CCD相机之间的距离，调整系统。

6.根据权利要求5所述的基于CCD激光雷达的一体式大气气溶胶探测系统，其特征在于，所述散射角的角度差根据不同两个不同阻挡位置处得出的散射角作差得到。

7.根据权利要求5所述的基于CCD激光雷达的一体式大气气溶胶探测系统，其特征在于，所述单个像素的视场角根据角度差除以像素差得到。

8.根据权利要求1所述的基于CCD激光雷达的一体式大气气溶胶探测系统，其特征在于，所述气溶胶散射系数根据CCD相机接收的随散射角变化的信号强度、激光器发射的信号强度、激光雷达系统常数、CCD传感器上每个像素的面积、CCD相机与激光发射点之间的距离、每个像素的视场角、激光发射路径和散射光返回路径上的大气透过率和空气分子的侧向散射系数得出。

9.根据权利要求1所述的基于CCD激光雷达的一体式大气气溶胶探测系统，其特征在于，所述气溶胶消光系数根据气溶胶的侧向散射系数、气溶胶单次反照率和气溶胶散射相函数得出。

10.一种基于CCD激光雷达的一体式大气气溶胶探测方法，其特征在于，包括：

向距离接收装置固定距离的大气方向发射一束激光，所述激光在气溶胶粒子表面发生米散射后产生侧向散射光；

所述接收装置包括CCD相机，所述CCD相机以图像的形式将所述的侧向散射光信号保存在PC上，从图像信息中将侧向散射信号提取出来，根据激光发射路径的大气透过率和侧向散射光返回路径上的大气透过率，结合所述侧向散射光，通过反演算法，得到气溶胶消光系数的垂直廓线和气溶胶散射系数的垂直廓线。