[发明专利]一种基于相干多普勒激光雷达的气溶胶参数反演方法

权利要求书

1.一种基于相干多普勒激光雷达的气溶胶参数反演方法，其特征在于，包括：

接收回波信号；其中，回波信号为相干多普勒激光雷达向大气发射激光脉冲的反射信号；

对回波信号的载噪比分别进行距离、聚焦函数和系统常数的修正，得到衰减后向散射系数；

对衰减后向散射系数进行反演，得到气溶胶的消光系数和后向散射系数。

2.根据权利要求1所述的基于相干多普勒激光雷达的气溶胶参数反演方法，其特征在于：回波信号的载噪比表达式为：

其中，CNR(R)为回波信号的载噪比，E_T为相干多普勒激光雷达发射激光的单脉冲能量，R为气溶胶与相干多普勒激光雷达的距离，σ(r)为大气消光系数，包含大气分子消光和气溶胶消光，β(R)为气溶胶后向散射系数，A_r为相干多普勒激光雷达有效接收面积，c为空气中的光速，η_h(R)为聚焦函数，η_o为相干多普勒激光雷达系统效率，hν为光子能量，B_w为相干多普勒激光雷达的带宽。

3.根据权利要求1所述的基于相干多普勒激光雷达的气溶胶参数反演方法，其特征在于：衰减后向散射系数的表达式为：

其中，β'(R)为衰减后向散射系数，cons.为与相干多普勒激光雷达系统常数相关的常数因子，η_h(R)为聚焦函数，R为气溶胶与相干多普勒激光雷达的距离，CNR(R)为回波信号的载噪比。

4.根据权利要求1所述的基于相干多普勒激光雷达的气溶胶参数反演方法，其特征在于：在无截断高斯光束条件下，聚焦函数的表达式为：

其中，η_h(R)为聚焦函数，ω_T为发射激光脉冲在相干多普勒激光雷达处的e^-2辐照度半径，λ为激光脉冲波长，R_f为发射激光脉冲的等相面曲率半径，ρ₀为与湍流相关的横向相干长度，R为气溶胶与相干多普勒激光雷达的距离。

5.根据权利要求3所述的基于相干多普勒激光雷达的气溶胶参数反演方法，其特征在于：常数因子通过已知光学散射特征的非降水层积云目标信号进行校准；非降水层积云的回波信号从0开始，其光学厚度的表达式为：

其中，τ(z)为非降水层积云的光学厚度，z是激光脉冲在非降水层积云内的长度，在与相干多普勒激光雷达相距r处的云的消光系数σ_c(r)与后向散射系数β_c(r)的关系表达式为：

σ_c(r)＝ηS_cβ_c(r)                              (5)

其中，S_c为云的激光雷达比，η为多次散射因子，云的衰减后向散射系数β'_c(z)的路径积分表达式为：

6.根据权利要求1所述的基于相干多普勒激光雷达的气溶胶参数反演方法，其特征在于：反演方法为斜率法、Klett-Fernald反演方法或者迭代反演法，斜率法适用于水平大气均匀的条件。

7.根据权利要求6所述的基于相干多普勒激光雷达的气溶胶参数反演方法，其特征在于：在Klett-Fernald反演方法中，根据近场回波衰减小的特点，在近场选择定标点，利用定标点衰减后向散射系数对Klett-Fernald反演得到的后向散射系数进行定标，并通过更新远场参考点的数值来迭代更新反演结果。