[发明专利]一种激光雷达大气能见度测量方法及装置

说明书

本发明公开了一种激光雷达大气能见度测量方法，包括以下步骤：获取原始回波信号；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；获取大气气溶胶消光系数，并将其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，并求得平均消光系数；判断平均消光系数与初值的差值是否大于预设迭代误差，若大于，将平均消光系数作为新的初值代入后向积分公式迭代，否则停止迭代输出平均消光系数；将平均消光系数与大气分子消光系数相加得到总的大气消光系数并将其代入大气能见度公式得到大气能见度。本发明提高了有效提高了大气能见度的测量精度，同时提高了在不同天气环境下的大气能见度测量的稳定性。

技术领域

本发明涉及大气监测技术领域，尤其涉及一种激光雷达大气能见度测量方法及装置。

背景技术

近年来，在工业化、城市化及汽车行业的快速发展的同时，大气污染的问题也越发凸显，四面“霾”伏的天气肆虐神州大地的现象给人民生活造成了很大困扰，也对中国的国际形象产生了很坏的影响。大气能见度是大气污染的一个重要参数，对它进行有效测量具有重要意义。

传统的能见度测量仪在雨天、雾霾天、下雪等天气环境下的测量精度较低，而激光雷达具备精度高、受环境影响较小、探测角度灵活的优点，但目前激光雷达大气能见度反演大气消光系数多采用斜率法及Klett反演方法。斜率法主要针对大气比较晴朗均匀的天气情况；Klett反演方法适用于非均匀大气的情况，但Klett方法没有考虑大气分子的影响。

另外，传统的能见度测量设备主要包括透射式能见度仪和前向散射能见度仪两类，透射式能见度仪的光发射端和接收端分置两处，其间需要几百米的基线距离，无法应用到船载、机载等场合；前向散射式能见度仪的收发端相隔通常在一米左右，所以只能测量局域的气象能见度，只有在大气均匀分布的假设下才能推广到广域。另外，这两类能见度仪通常只能测量水平方向上的气象能见度，无法测量飞机的起降或投弹跳伞等应用场合所需要的斜程或垂直方向上的能见度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种激光雷达大气能见度测量方法及装置。

具体的，一种激光雷达大气能见度测量方法，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。

进一步的，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。

进一步的，信噪比计算公式为：