[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

说明书

本发明提供了一种基于CCD激光雷达的一体式大气气溶胶探测系统及方法。该系统包括：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。

技术领域

本发明属于激光雷达探测大气气溶胶光学参数领域，具体涉及一种基于CCD激光雷达的一体式大气气溶胶探测系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

大气气溶胶是由固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系，尽管气溶胶只占大气的很小一部分，但却会对大气变化、气候变化、人类健康等产生重要影响。目前，已经有地面探测，探空气球，卫星探测，激光雷达探测等多种手段可以获取大气气溶胶的各种参数，其中激光雷达作为主动遥感仪器，凭借高精度，高分辨率，抗干扰能力强等优势被广泛应用于探测气溶胶垂直分布。但由于激光雷达的几何结构，在200-500m高度附近存在一个无法准确探测的重叠区域，这严重阻碍了激光雷达与地面测量结果的比较和结合。侧向激光雷达逐渐被开发用以解决后向散射激光雷达的盲区和过渡区问题，它主要由发射装置(激光器)和接收装置(CCD相机)组成，搭配PC就可以实现信号接收，信号处理，数据反演等功能,在近地面有分辨率高，动态范围大等优势。如中国发明专利CN103344611B“基于CCD成像技术的侧向激光雷达测量气溶胶参数的方法”提出了一种标定方法(确定各像素的角宽度及其对应的散射角)、一种三点定位法(用以确定激光器和CCD相机的位置角度关系)和一种适合用于侧向激光雷达的反演方法。目前，这一技术还存在一些问题和难点有待优化和解决，比如CCD侧向激光雷达发射装置和接收装置分置两地的特殊结构，导致在每次实验时都需要重新确定相应位置和标定，造成时间成本增加，甚至会引入一些不必要的误差。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于CCD激光雷达的一体式大气气溶胶探测系统及方法，其在标定之后，每次即拿即用，无需再调整位置和重新标定。

根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

第一个方面，本发明提供了一种基于CCD激光雷达的一体式大气气溶胶探测系统。

一种基于CCD激光雷达的一体式大气气溶胶探测系统，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。

进一步地，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。

进一步地，所述接收装置包括：CCD相机，用于采集所述图像信息。

进一步地，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。

进一步地，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；