[发明专利]一种激光雷达大气能见度测量方法及装置

权利要求书

1.一种激光雷达大气能见度测量方法，其特征在于,包括以下步骤：

S1.获取原始回波信号，计算大气回波光子数N(r)；

S2.设定探测概率和虚警概率，通过设定的探测概率和虚警概率确定探测阈值信噪比，并通过探测阈值信噪比确定最大反演距离r_m；

S3.获取大气气溶胶消光系数σ_a(r_m)，并将σ_a(R_m)作为初值代入后向积分公式进行迭代，得到测量路径上各点的大气气溶胶消光系数，并对得到的所有大气气溶胶消光系数做平均求得平均消光系数σ_avg；

S4.判断平均消光系数σ_avg与初值σ_a(r_m)的差值是否大于预设迭代误差，若大于，将平均消光系数σ_avg作为新的初值代入后向积分公式进行迭代，执行S4，若小于，执行S5；

S5.停止迭代，输出大气气溶胶的平均消光系数σ_avg；

S6.将大气气溶胶的平均消光系数σ_avg与大气分子消光系数相加得到总的大气消光系数σ_λ并将其代入大气能见度公式V_h＝3.912/σ_λ，得到大气能见度V_h。

2.根据权利要求1所述的一种激光雷达大气能见度测量方法，其特征在于，所述最大反演距离r_m的确定方法为，计算采样点的信噪比并将其与阈值信噪比比较，当采样点的信噪比超过阈值信噪比时的距离为最大反演距离。

3.根据权利要求2所述的一种激光雷达大气能见度测量方法，其特征在于，信噪比计算公式为：

其中，N(r)为接收到的大气回波光子数，N_b(λ)为接收到的天空背景光在波长为λ时的光子数，N_d为信号探测器产生的暗计数，m为获得一条大气回波信号廓线累积的激光脉冲数。

4.根据权利要求1所述的一种激光雷达大气能见度测量方法，其特征在于，N(r)按照如下公式计算：

其中，η₀为光学系统接收效率，λ为激光波长，h为普朗克常量，c为光速，P₀为激光发射功率，Δt为积分时间，A为望远镜接收孔径，O(r)为几何重叠因子。

5.根据权利要求3所述的一种激光雷达大气能见度测量方法，其特征在于，N_b(λ)按照如下公式计算：

其中，η₀为光学系统接收效率，λ为激光波长，h为普朗克常量，c为光速，E_b(λ)为波长λ的天空背景辐射光亮度，θ_R为望远镜接收视场，Δλ为中心波长为λ的滤光片半宽度，A_r为望远镜的接收面积。

6.一种激光雷达大气能见度测量装置，其特征在于，包括激光收发单元、光子探测及采集单元、系统控制和数据处理单元及三维扫描单元，所述激光收发单元包括激光器、光学环行器和望远镜，所述光子探测及采集单元包括单光子探测器和光子计数器，系统控制和数据处理单元包括选通门控电路和单板机，所述激光器的输出端与所述光学环行器的第一端连接，所述光学环行器的第二端与所述望远镜连接，所述光学环行器设置在所述激光器与所述望远镜之间的光路上，所述光学环行器的第三端与所述单光子探测器的输入端连接，所述单光子探测器的输出端与所述光子计数器的输入端连接，所述光子计数器的输出端与所述单板机的输入端连接，所述单板机的输出端与所述选通门控电路的输入端连接，所述选通门控电路的输出端分别与所述激光器、光电探测器及光子计数器的控制端连接，所述激光器、光学环行器、望远镜、单光子探测器、光子计数器、单板机及选通门控电路封装在一个壳体里，所述壳体设置在所述三维扫描单元上。