[发明专利]一种拟合反演海平面水平大气消光系数的方法

说明书

本发明公开了一种拟合反演海平面水平大气消光系数的方法，属于大气光学测量领域，包括：计算获得斜率法消光系数和Fernald法消光系数；比较斜率法消光系数和Fernald法消光系数，以判断海平面水平大气消光系数的均匀性；若不均匀，则对整段回波信号数据重新进行分段，计算每个数据分段的拟合优度；以最大拟合优度值对应的数据分段为最佳边界值拟合区域；在最佳边界值拟合区域中采用双组分拟合法拟合出消光系数的边界值；将消光系数的边界值作为反演的边界值，采用Fernald法迭代反演出所有每个数据分段的消光系数值，进而获得消光系数廓线。本发明方法尤其适合测量还海平面非均匀水平大气消光系数。

技术领域

本发明属于大气光学测量领域，更具体的说，一种基于改进的Mie式散射激光雷达的海上大气气溶胶水平消光系数廓线的测量方法。

背景技术

近几年，随着经济的迅速发展，环境的破坏也越来越严重，尤其是大气的污染已严重影响到人们的身体健康和日常生活，因此，对大气进行探测研究显得更加重要。

人们所熟知的大气能见度(Visibility)能够反映大气的透明程度，是与大气探测相关的物理量之一。大气能见度是一个重要的气象观测要素，能见度值的预报不仅用于气象部门的天气分析，还能广泛应用于航空、航海、高速公路等交通运输、军事以及环境监测等领域。

对大气能见度的测量实质是对气溶胶消光系数的测量。气溶胶探测技术主要可以分为两大类：被动探测与主动探测。其中，被动探测又主要包含卫星被动遥感探测和地面太阳辐射计等。主动探测即激光雷达探测。

激光雷达用于大气气溶胶探测具有探测范围广和高时空分辨率的特点，近年来被广泛应用于大气与环境检测领域。激光雷达作为一种主动遥感探测工具，可以获得丰富的气溶胶相关的光学特性，而能提供较为准确的气溶胶光学特性信息，激光雷达可以与卫星或者机载遥感探测相结合，适用范围较为广泛。

利用激光雷达探测大气气溶胶消光系数，通常是针对垂直大气。在获得垂直大气激光雷达数据之后利用Fernald方法进行垂直方向上的消光系数廓线反演。然而，在海洋上水平大气气溶胶光学特性的探测也是十分有必要的。因为，在船舶航行过程中，实时获取船只周围的水平大气能见度变化可以避免因能见度过低引发的航行安全问题。更重要的，在军事应用方面，获得舰船之间区域的气溶胶消光系数分布对实现高效的舰船间激光通信有着非常重要的意义。

然而，现有的对于水平大气消光系数测量技术存在一定局限性，其测量值不准确，没有实际应用的价值。因为，现有技术中，将激光雷达系统用于水平大气气溶胶测量的过程中，通常先假设大气均匀分布，然后使用斜率法反演获得一个固定的消光系数值。但是，在实际情况当中，大气水平均匀分布的假设并不成立。尤其在海洋上，由于特殊的气候条件导致海洋上低层大气中的水汽凝结聚集从而产生海雾。这种海雾厚度通常在几百米到数千米不等。激光雷达对气溶胶探测的距离范围通常为公里量级，则对存在海雾的情况下假设大气均匀分布，显然不能够获得准确的气溶胶消光系数值。

因此，需要对现有装置或者方法进行改进，以能准确测量出海平面非均匀水平大气气溶胶消光系数。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种拟合反演海平面水平大气消光系数的方法，其目的在于，根据海平面水平大气特点，设计出能同时测量均匀海平面大气以及非均匀海平面大气消光系数的方法，本发明方法尤其适合测量海平面非均匀水平大气气溶胶消光系数。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种拟合反演海平面水平大气消光系数的方法，其包括如下步骤：

S1：采集获得海平面水平大气的回波信号原始数据；

S2：对整段的回波信号原始数据做归一化处理，重构回波信号电压与距离关系曲线，获得回波信号数据；

S3：采用小波算法对回波信号数据进行去噪处理；