[发明专利]一种气溶胶多光学特性遥感观测系统及其观测方法

摘要

本发明公开了一种气溶胶多光学特性遥感观测系统及其观测方法。本发明采用多个不同波长的激光器垂直发射激光，多个相应的接收器接收各自波长的散射光信号，得到大气的散射光信号强度随散射高度的变化，进一步通过迭代的方式得到多波长气溶胶消光系数的垂直廓线，从而得到气溶胶的波长指数的垂直廓线；能够同时获取从地面向上不同高度的多种气溶胶光学性质，避免了盲区对反演结果造成影响，只要无云天气都可以观测；本发明的观测系统简单而有效，成本较低，为气溶胶光学特性的垂直观测提供了新的技术手段，为遥感观测气溶胶光学特性相关仪器的反演提供了支持。

主权项

1.一种气溶胶多光学特性遥感观测方法，其特征在于，所述观测方法包括以下步骤：1)散射信号接收单元的每一台CCD相机分别采集一张暗帧图像，即用挡板挡住CCD相机进行探测；2)打开激光发射单元，发射出垂直方向的M个不同波长λ_j的连续激光，其中，j＝1,….,M；3)开启挡板，散射信号接收单元的每一个接收器对准多波长的激光束的方向，CCD相机采集相应波长的散射光信号，并传输至计算机；4)计算机得到每一个波长的CCD图像，读取图像上每个像素的灰度数据，然后减去暗帧图像对应的灰度数据，得到去掉暗电流和噪声的激光束被大气散射的散射光的图像，大气包括气体和气溶胶；5)采用线性拟合法拟合各个波长激光束的散射光的图像的中心轴；6)得到各个波长中心轴上的每个像素所对应的激光束的散射光的散射角θ；7)将拟合得到的中心轴以一个像素为步长分为多个档，每一档对应的像素点上做垂直于中心轴的线段，线段的宽度为高斯宽度，得到在高斯宽度内每一个像素对应的灰度值，对每一档的灰度值采用正态分布函数进行拟合，得到各个波长λ_j的大气的散射光信号强度I(λ_j)；8)根据每个像素所对应的各个波长散射光的散射角以及大气的散射光信号强度，得到各个波长大气的散射光信号强度随散射角的变化I(θ,λ_j)；9)根据散射光的散射角θ以及激光发射单元与散射信号接收单元之间的位置关系，得到散射高度h随散射角的变化h(θ)；10)根据散射光的散射角θ、散射高度h(θ)以及大气的散射光信号强度随散射角的变化I(θ,λ_j)，得到各个波长大气的散射光信号强度随散射高度的变化I(h,λ_j)；11)根据大气的散射光信号强度随散射高度的变化I(h,λ_j)的衰减，得到临界高度H，在临界高度H以上大气中没有气溶胶；12)采用迭代法，通过归一化参数计算各个波长下的气溶胶消光系数的垂直廓线k_aero(h,λ_j)：a)以临界高度H以上的大气的散射光信号强度作为空气分子的散射光信号强度，结合各个波长的空气分子的散射函数β_air(h,λ_j)，分别计算各个波长的第i次归一化参数N_i(λ_j)：其中，T_zi(λ_j)和T_Ri(λ_j)为第i次计算的在激光出射和散射两段路程上的大气透过率，i＝0,1,2,……，T_z0(λ_j)＝1，T_R0(λ_j)＝1，在临界高度H以上β_aero(h,λ_j)＝0，当i≥1时，b)将步骤a)得到的归一化参数N_i(λ_j)应用到各垂直高度上，结合各个波长的空气分子的散射函数β_air(h,λ_j)，进而得到各个波长的第i次计算的随高度变化的气溶胶的散射函数β_aero(h,λ_j)_i；c)结合选定气溶胶分类的气溶胶散射相函数和气溶胶单次散射反照率，得到各个波长的第i次计算的气溶胶消光系数的垂直廓线k_aero(h,λ_j)_i；d)比较k_aero(h,λ_j)_i与k_aero(h,λ_j)_i‑1，i≥1，如果在偏差范围以内，则以各个波长的第i次计算的气溶胶消光系数的垂直廓线k_aero(h,λ_j)_i作为各个波长的气溶胶消光系数的垂直廓线k_aero(h,λ_j)，进入步骤13)，如大于偏差范围，则i＝i+1，返回步骤a)，再次进行迭代；13)对各个波长的气溶胶消光系数的垂直廓线k_aero(h,λ_j)随波长的变化在对数坐标上进行插值，得到气溶胶的波长指数的垂直廓线α(h,λ_j‑λ_l)，其中，j和l＝1,....,M，且j≠l。