[发明专利]一种激光雷达探测大气垂直能见度的计算方法

说明书

本发明公开一种激光雷达探测大气垂直能见度的计算方法，包括以下步骤：获取激光雷达垂直测量的原始回波信号并判断原始回波信号中是否有云；在无云信号时，采用Fernald方法计算大气垂直消光系数；剔除大气垂直消光廓线上误差较大的点，并对该点做插值处理；判断大气垂直消光系数廓线上某一高度点及其之后至少连续有5个点的消光系数≤0.1956，取该点为大气消光系数边界高度点n*L；计算测量原点至边界高度点n*L之间的大气透过率T₁；根据大气透过率T₁，反演测量原点至边界高度点n*L之间的平均大气消光系数α；计算大气垂直能见度V，本发明算法简单，在激光雷达设备正上方没有云时，能够实时、自动的给出大气垂直能见度计算结果。

技术领域

本发明涉及激光雷达的应用领域，具体是一种激光雷达探测大气垂直能见度的计算方法。

背景技术

能见度是气象要素的主要内容之一，大气垂直方向上的能见度既可以反映大气层的稳定程度，也可作为判定气团性质和研究大气污染的重要因子。大气垂直方向的能见度测量可应用于交通、军事、科技等领域，为飞机起降和人们日常生活提供必要的安全保障。目前，常规的能见度仪产品主要是针对水平气象能见度进行测量，不具备垂直能见度测量功能。南京信息工程大学卜令兵，丘祖京，侯玉云等人提出采用测量水平气象能见度的前向散射式能见度仪和垂直测量的激光云高仪分别测定不同天气条件下水平能见度值和大气气溶胶垂直消光系数α，建立不同能见度值和大气气溶胶消光系数的对应关系，最终通过反演不同距离高度处的透过率来求解整层大气的垂直能见度，该方法存在需要能见度仪和激光云高仪同时多次进行测量定标，测量数据量大，容易引入误差，同时算法较为复杂的问题。激光雷达是根据大气对激光的散射、吸收、消光等物理效应，通过定量分析大气气溶胶(飘尘、颗粒物、烟尘和沙尘)对激光产生的后向散射回波来遥感探测大气气溶胶消光系数、质量浓度、云层及能见度信息的有效工具。但它在能见度测量方面的应用目前也是针对水平气象能见度，对于垂直能见度的测量，目前还没有一种特别有效的计算方法。因此，必须从算法上做认真分析，找到一种有效的激光雷达探测大气垂直能见度的计算方法方法，为激光雷达应用于垂直能见度探测提供一种新思路。

发明内容

本发明提供一种激光雷达探测大气垂直能见度的计算方法，基于激光雷达基本原理，通过定量分析垂直方向上大气气溶胶粒子对激光产生的后向散射回波，进而获得大气气溶胶垂直消光系数廓线，通过计算垂直方向上测量点至边界高度点之间的平均消光系数α，根据大气垂直能见度V的计算公式来实现计算大气垂直能见度的目的。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种激光雷达探测大气垂直能见度的计算方法，包括以下步骤：

(1)、获取激光雷达垂直测量的原始回波信号并判断原始回波信号中是否有云；

(2)、在无云信号时，采用Fernald方法计算大气垂直消光系数廓线α_1*L、α_2*L、α_3*L……，其中L为激光雷达的距离分辨率；

(3)、剔除大气垂直消光系数廓线上误差较大的点，并对该点做插值处理，其中，具体插值的方法是取该点前后的大气垂直消光系数做加权平均；

(4)、判断大气垂直消光系数廓线上某一高度点及其之后至少连续有5个点的消光系数≤0.1956，即该点及其之后5个点的水平能见度V≥20000m，取该点为大气消光系数边界高度点n*L；

(5)、计算测量原点至边界高度点n*L之间的大气透过率T₁；

(6)、根据大气透过率T₁，反演测量原点至边界高度点n*L之间的平均大气消光系数α；

(7)、根据计算公式，计算大气垂直能见度V。