[发明专利]一种合成白光大气能见度仪及能见度测量方法

说明书

一种合成白光大气能见度仪及能见度测量方法，属于激光遥感技术领域。本发明通过选择覆盖可见光范围的多个激光波长合成白光光源，测量发射激光功率和穿过一定长度大气后的接收功率，通过反演计算得到能见度。对于透射式能见度仪，本发明测量基线越长，能见度测量精度越高。由于亮度限制，一般白光能见度仪测量基线难以提高，而激光具有高亮度优势，基线可达百米甚至公里量级，因此本发明在测量精度的提高空间上远高于现有技术。

技术领域

本发明涉及一种合成白光大气能见度仪及能见度测量方法，属于激光遥感技术领域。

背景技术

能见度在气象、环保、航空等领域是重要的观测参数，目前用于能见度观测的仪器主要为能见度仪，一般分为透射型、前向散射型和电子能见度仪。

其中电子能见度仪通过对目标图像的分析得到能见度，但其天候适应性尚有不足；前向散射型能见度仪算法复杂，通过散射信号反演能见度的误差较大；透射型能见度仪通过测量大气消光计算能见度精度较高。

目前透射型能见度仪的光源分为两种：一种为单波长激光，另一种为白光宽谱光源。单波长激光发散角小、远场光斑小、能量密度大，以之为光源的透射型能见度仪体积小、易安装、可以设置长基线，但是因为单波长测量无法覆盖全可见光范围，不能反映大气对不同波长的影响，因而与真值相比误差较大。目前以白光LED为光源的透射式能见度仪能够很好的反映能见度特性，但是其LED光源发散角大、远场光斑大，系统规模和体积都较大，安装、维护难度高，成本较高。同时，由于不易设置较长的基线，使其能见度测量灵敏度难以提高。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种合成白光大气能见度仪及能见度测量方法，通过选择覆盖可见光范围的多个激光波长合成白光光源，测量发射激光功率和穿过一定长度大气后的接收功率，通过反演计算得到能见度。

本发明的技术解决方案是：一种合成白光大气能见度仪，包括激光发射机、激光接收机和数据处理模块；

激光发射机包括多波长激光器组、激光合束器、发射光学系统和能量监测器；多波长激光器组发射多波长激光并分为两部分，将第一部分发送至激光合束器，激光合束器将合束后的第一部分多波束激光发送至发射光学系统，经发射光学系统后进入大气并最终到达激光接收机；将第二部分发送至能量监测器，由能量监测器测量第二部分的能量，并将测得的发射能量数据发送数据处理模块；

激光接收机包括接收光学系统和探测器组；接收光学系统接收第一部分激光，然后将第一部分激光发送至探测器组，由探测器组测量接收到的激光的能量，并将接收能量数据传输给数据处理模块；

数据处理模块接收发射能量数据和接收能量数据，计算激光发射机和激光接收机之间能见度，该能见度可以代表仪器周围一定范围内的能见度条件，该范围根据应用条件确定。

进一步地，所述第一部分的能量占比不大于多波长激光的能量的2％，第二部分的能量占比＝1-第一部分的能量占比。

进一步地，所述多波长激光的中心波长位于示踪分子吸收峰处，调节范围不小于吸收光谱线宽的100倍。ZXCVBnm607

进一步地，所述能见度为其中，σ为经验常数，L为发射光学系统和接收光学系统之间的距离，f(λ)为根据能见度标准定义的归一化光源辐射谱，s(λ)为根据能见度标准定义的归一化探测响应谱，α(λ)为400nm-700nm可见光范围内的消光系数分布。

进一步地，所述400nm-700nm可见光范围内的消光系数分布为其中，λ为发射激光的波长，且λ∈[λ_i，λ_i+1]，i＝1…N-1，N为不同波长的发射激光的数量，k_i(i+1)为波长间Angstrom指数。

根据所述的一种合成白光大气能见度仪实现的能见度测量方法，包括如下步骤：