[发明专利]一种基于FP标准具的高光谱分辨大气瑞利测温方法

摘要

本发明提出了一种基于FP标准具的高光谱分辨大气瑞利测温方法。该方法先用FP标准具扫描355nm连续激光来标定标准具，再用标定了的FP标准具扫描垂直指向望远镜接收回的大气后向散射信号。为了消除米散射的影响，借助同一地点测量的后向散射比对透过率数据进行修正。反演时，对修正后得到的瑞利后向散射透过率数据进行非线性最小二乘法拟合，根据拟合得到的温度项反演大气温度。该方法主要用于平流层温度探测。在平流层高度，瑞利散射较拉曼散射强，测量信噪比高；本发明利用垂直指向的望远镜，垂直方向上风速可忽略不计，风速引起的频率变化因此也可忽略不计；本发明利用后向散射比修正透过率，消除了米散射对测量的影响。

主权项

一种基于FP标准具的高光谱分辨大气瑞利测温方法，其特征在于:包括355nm连续激光器(11)，第一FP标准具(12)，第一标准具控制器(13)，第一采集卡(14)，355nm脉冲激光器(15)，扩束器(16)，垂直指向望远镜(17)，第二标准具(18)，第二FP标准具控制器(19)，第二采集卡(20)，第一光纤分束器(31)，第二光纤分束器(32)，第一探测器(41)，第二探测器(42)，第三探测器(43)，第四探测器(44)；具体步骤如下:步骤(1)、FP标准具扫描355nm连续激光FP标准具扫描355连续激光时，355nm连续激光器(11)出射的激光进入第一光纤分束器(20)；激光入射到第一光纤分束器(20)后，以4/1的分束比，一路通过第一FP标准具(12)后由第一探测器(41)探测，另外一路由第二探测器(42)探测；第一探测器(41)和第二探测器(42)分别通过两根信号线同第一采集卡(14)相连接；如此，获得FP标准具透过率曲线及FP标准具的参数：有效反射率Re；峰值透过率T_pe；每走一步所对应的频率Δf；步骤(2)、用标定了的FP标准具扫描瑞利后向散射信号FP标准具扫描瑞利后向散射信号时，355nm脉冲激光器(15)出射的激光经扩束器(16)扩束和压缩发散角之后，指向探测区域；瑞利后向散射信号由垂直指向望远镜(17)收集；收集到的信号耦合进入第二光纤分束器(32)；第二光纤分束器(32)出射的激光，以4/1的分束比，一路通过第二标准具(18)后由第三探测器(43)探测，另外一路经由第四探测器(44)探测；第三探测器(43)和第四探测器(44)分别通过两根信号线同第二采集卡(20)相连接；如此，获得大气后向散射信号经FP标准具的透过率数据；步骤(3)、利用同一地点测量的后向散射比对大气后向散射信号经FP标准具的透过率数据进行修正，以消除气溶胶后向散射而获得瑞利后向散射信号经FP标准具的透过率数据；利用第四探测器(44)探测到的总能量I₂，其包含气溶胶后向散射信号I_mie与瑞利后向散射信号I_mol，及利用后向散射比R_β＝(β_A+β_M)/β_M，β_A为气溶胶后向散射系数，β_M为大气分子后向散射系数；求得气溶胶后向散射信号I_mie；再利用步骤(1)所得的FP标准具的透过率曲线及经FP标准具的大气后向散射信号I₂求得瑞利后向散射信号的透过率；反演时，利用瑞利后向散射信号经FP标准具的的数学表达式，对修正后得到的瑞利后向散射经FP标准具透过率数据进行非线性最小二乘法拟合，根据拟合得到的温度项反演大气温度。