专利名称：激光测量大气能见度方法及激光雷达能见度仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及大气监测设备技术领域，具体是激光测量大气能见度方法及激光雷达能见度仪。
背景技术：
能见度是指目标物的能见距离，即指观测目标物时，能从背景中分辨出目标物的最大距离。自20世70年代以来，由于世界各大城市的空气污染程度日益严重，导致城市大气能见度降低，成为公众和环保部门重点关注的问题之一。能见度过低会严重地妨碍城市地面和空中交通，引发意外事故，造成重大经济损失或人员伤亡。目前的能见度测量主要依靠透射式和前向散射能见度仪，只能获取水平方向能见度，且在出现不均匀的雾、局地的雨或雪暴的情况下，仪器的读数极易出现误导。大气透过率仪虽然能够测量到斜程能见度，但需将接收机放置在塔上，随探测角度的变化，接收机放置高度也要相应改变，无法用于机场跑道能见度监测。激光雷达能见度仪因具有体积小，结构紧凑，测量精度高，且可自由改变探测角度的优点，是直接探测斜程能见度的唯一选择。而目前能见度反演多采用斜率法求消光系数，这需要基于大气水平方向分布均匀的假设，会造成能见度真实值的反演偏差。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种激光测量大气能见度方法及激光雷达能见度仪，输出稳定结果，且结果准确度高，且能获取水平及斜程路径平均能见度。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种激光测量大气能见度方法，包括步骤读取探测到的后向散射信号Si,计算所述后向散射信号的信噪比SNRi,所述i为对应于不同距离R的采样点；设定探测概率Pd的值和虚警概率Pfa的值，根据设定的探测概率和虚警概率确定探测阈值信噪比SNRth，其中，所述探测概率为信号和噪声之和大于认为探测到信号的阈值的概率，虚警概率为在任一观察时刻噪声超过阈值的概率；从最远端的采样点开始，将探测信号信噪比SNRi与阈值信噪比SNRth进行比较，超过阈值时所对应的距离即为最大反演距离Rm ；根据探测到的后向散射信号Si,由斜率法获得探测路径上的大气消光系数 oa(Rm)，并将第一次获得的所述大气消光系数Oa(Rm)作为大气消光系数迭代过程的初值；迭代过程将所述大气气溶胶消光系数初值σ a(Rm)，通过美国标准大气分子模式计算出的大气分子的消光系数om: am(r) = 9.807 ■ 10—23 H. (^―)40117，
T(r) 1013 /1.10—7其中T(r)为大气分子温度随高度变化函数；P(r)为大气分子压强随高度变化函数，λ为激光波长；及最大反演距离Rm同时代入后向积分公式
权利要求
1.一种激光测量大气能见度方法，其特征在于，包括步骤读取探测到的后向散射信号Si,计算所述后向散射信号的信噪比SNRi,所述i为对应于不同距离R的采样点；设定探测概率Pd的值和虚警概率Pfa的值，根据设定的探测概率和虚警概率确定探测阈值信噪比SNRth，其中，所述探测概率为信号和噪声之和大于认为探测到信号的阈值的概率，虚警概率为在任一观察时刻噪声超过阈值的概率；从最远端的采样点开始，将探测信号信噪比SNRi与阈值信噪比SNRth进行比较，超过阈值时所对应的距离即为最大反演距离Rm ；根据探测到的后向散射信号Si,由斜率法获得探测路径上的大气消光系数σ a(Rm)，并将第一次获得的所述大气消光系数Oa(Rm)作为大气消光系数迭代过程的初值；迭代过程将所述大气气溶胶消光系数初值σ a(Rm)，通过美国标准大气分子模式计算出的大气分子的消光系数σπ: = 9.807.10—23 273 P(f) . I N4.0117T(r) 1013 /I-IOw其中T(r)为大气分子温度随高度变化函数；P(r)为大气分子压强随高度变化函数，λ 为激光波长；及最大反演距离Rm同时代入后向积分公式X(R)^V[-2(Sa-Sm)t Pm(r)dr]L——Χ( Ο-^^--SJSm^R)-^-+ 2「X(R) exp[-2(^fl-Sm)\ Pm (r)dr]Ga(Rm)^SJSmGm(Rm) ^k其中，X(R)为距离修正信号，Sa与Sni分别为大气气溶胶和大气分子的后向散射比，Sni =οω(Γ)/βωω =8^/3, βπω为大气分子后向散射系数。计算探测路径上各采样点的大气气溶胶消光系数，并对其求平均得到平均消光系数σ avg的值；当所述平均消光系数σ avg的值与大气消光系数迭代过程的初值的差值大于预先设定的迭代误差则重复所述迭代过程，并用所述迭代过程计算出的探测路径上的平均消光系数 σ avg的值作为下次迭代过程的初值；当所述平均消光系数σ avg的值与大气消光系数迭代过程的初值的差值小于预先设定的迭代误差，则停止迭代过程，输出平均消光系数σ avg的值；将平均消光系数Oavg的值与大气分子消光系数σπ合并得到总的大气消光系数 σ (入)，代入公式六4 = ￥(￥)^; λ代表激光波长，计算得到大气能见度V。
2.一种激光雷达能见度仪，其特征在于，包括信号读取单元，用于读取探测到的后向散射信号Si,计算所述后向散射信号的信噪比 SNRi,所述i为对应于不同距离R的采样点；信噪比确定单元，用于设定探测概率Pd的值和虚警概率Pfa的值，根据设定的探测概率和虚警概率确定探测阈值信噪比SNRth，其中，所述探测概率为信号和噪声之和大于认为探测到信号的阈值的概率，虚警概率为在任一观察时刻噪声超过阈值的概率；信噪比比较单元，用于从最远端的采样点开始，将探测信号信噪比SNRi与阈值信噪比 SNRth进行比较，超过阈值时所对应的距离即为最大反演距离Rm ；消光系数确定单元，用于根据探测到的后向散射信号Si,由斜率法获得探测路径上的大气消光系数0a(Rm)；迭代单元，用于执行迭代过程，将所述大气气溶胶消光系数初值σ a(Rm)，通过美国标准大气分子模式计算出的大气分子的消光系数om:am(r) = 9.807· 10—23 —(^^)40117， mT(r) 1013 /1.107其中T(r)为大气分子温度随高度变化函数；P(r)为大气分子压强随高度变化函数，λ 为激光波长；及最大反演距离Rm同时代入后向积分公式X(R)^V[-2(Sa-Sm)t Pm(r)dr]L——Χ( Ο-^^--SJSm^R)-^-+ 2「X(R) exp[-2(^fl-Sm)\ Pm (r)dr]Ga(Rm)^SJSmGm(Rm) ^k其中，X(R)为距离修正信号，Sa与Sni分别为大气气溶胶和大气分子的后向散射比，Sni =οω(Γ)/βωω =8^/3, βπω为大气分子后向散射系数。计算探测路径上各采样点的大气气溶胶消光系数，并对其求平均得到平均消光系数σ avg的值；迭代误差确定单元，用于当所述平均消光系数σ avg与大气消光系数迭代过程的初值的差值大于预先设定的迭代误差则重复所述迭代过程，并用所述迭代过程计算出的探测路径上的平均消光系数σ avg的值作为下次迭代过程的初值，当所述平均消光系数σ avg的值与大气消光系数迭代过程的初值的差值小于预先设定的迭代误差，则停止迭代过程，输出所述平均消光系数σ avg的值。能见度获取单元，用于将大气大气消光系数σ avg与大气分子消光系数σπ合并得到总的大气消光系数σ (入)，代入公式六2) = ￥(￥)^; λ代表激光波长。计算得到大气能见度V。
全文摘要
本发明涉及一种激光测量大气能见度方法及激光雷达能见度仪，通过设定的探测概率和虚警概率获得阈值信噪比，根据阈值确定最大探测距离，在这一过程中同时进行障碍目标的判别。在利用斜率法算得消光系数后，将其作为初值，代入后向积分公式进行迭代，当结果小于设定的迭代误差时停止迭代。最后，根据消光系数与能见度关系式算得大气能见度。
文档编号G01S17/95GK102590145SQ20121000413
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月8日 优先权日2012年1月8日
发明者孙东松, 杨少辰 申请人:杨少辰