后向散射激光雷达几何因子的测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种后向散射激光雷达几何因子的测量方法。它使用CCD相机测得气溶胶后向散射系数后，先将气溶胶后向散射系数代入后向散射激光雷达方程中，方程中的P(z)为激光雷达接收距离z处的大气后向散射回波信号，C为激光雷达系统包括能量的常数，η(z)为几何因子，β1(z)、β2(z)分别为距离z处的气溶胶后向散射系数和大气分子后向散射系数，α1(z)、α2(z)分别为距离z处的气溶胶消光系数和大气分子消光系数，dz为高度分辨率，再使用迭代法得到后向散射激光雷达的几何因子。测得的几何因子的准确度极高且容易测定，使用测得的几何因子对后向散射激光雷达的信号进行修正，大大地提高了过渡区内探测大气参数及污染物浓度的精度；可广泛地用于后向散射激光雷达对近距离段大气污染物的探测。
【专利说明】后向散射激光雷达几何因子的测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种激光雷达几何因子的测量方法，尤其是一种后向散射激光雷达几何因子的测量方法。
【背景技术】
[0002]后向散射激光雷达是探测大气参数、大气中污染物的一种有力工具，但由于其发射装置和接收装置在同一位置，导致了在近距离段有盲区和过渡区的存在。所谓的盲区就是激光雷达探测不到发射光束后向散射信号的区域；所谓的过渡区就是激光雷达探测到部分发射光束后向散射信号的区域。常用几何因子Π描述探测到发射光束后向散射信号的完整程度，n = O称为盲区，O < n < I称为过渡区，η = I为完全接收区，在过渡区之后就是完全接收区。几何因子是激光雷达系统装置硬件位置、激光束发射角和望远镜视场角的函数，且不容易被准确测量。一般激光雷达的过渡区最远端距离约为800米左右，这就限制了后向散射激光雷达在近距离场合的应用，而近距离段大气污染物的探测正是环保和气象部门所特别关注的范围。
[0003]现有的测量后向散射激光雷达几何因子的方法是选择一个气溶胶水平均匀分布的夜晚，让激光雷达工作在水平方向上，通过斜率法测量出后向散射激光雷达的几何因子。这种测量方法虽也能获得后向散射激光雷达的几何因子，却有着因易受气候条件的限制，而难以实时地利用几何因子对后向散射激光雷达的信号进行修正的缺陷，制约了后向散射激光雷达的探测范围。
[0004]为避开这一难题，本 申请人:作了一些尝试和努力，如中国发明专利申请CN103344611A于2013年10月9日公布的一种基于CXD成像技术的侧向激光雷达测量气溶胶参数的方法。该方法虽避免了后向散射激光雷达中几何因子的影响，使其很适合用来探测近地层的大气气溶胶空间分布；然而，当其面临现有的后向散射激光雷达时，仍力有未逮。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题为克服上述各种技术方案的局限性，提供一种几何因子容易准确测定和实用性好的后向散射激光雷达几何因子的测量方法。
[0006]为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为:后向散射激光雷达几何因子的测量方法包括使用CCD相机测得气溶胶后向散射系数，特别是，
[0007]先将气溶胶后向散射系数代入后向散射激光雷达方程
【权利要求】
1.一种后向散射激光雷达几何因子的测量方法，包括使用CCD相机测得气溶胶后向散射系数，其特征在于主要步骤如下: 先将气溶胶后向散射系数代入后向散射激光雷达方程
2.根据权利要求1所述的后向散射激光雷达几何因子的测量方法，其特征是使用迭代法得到后向散射激光雷达几何因子的步骤为: 步骤1，设定过渡区的后向散射激光雷达的初始几何因子为Π ' (ζ) = I ; 步骤2，将设定的几何因子代入后向散射激光雷达方程
3.根据权利要求2所述的后向散射激光雷达几何因子的测量方法，其特征是CCD相机与发射光束间的距离为5~200m。
4.根据权利要求2所述的后向散射激光雷达几何因子的测量方法，其特征是CCD相机于-20度下的暗光子数小于I光子数/像元、总张角大于60度、分辨角小于0.03度/像元。
5.根据权利要求2所述的后向散射激光雷达几何因子的测量方法，其特征是后向散射激光雷达的波长为532nm、脉冲能量≥50mJ。
6.根据权利要求1所述的后向散射激光雷达几何因子的测量方法，其特征是使用CCD相机测得气溶胶后向散射系数的过程为: 步骤1，先将CCD侧向激光雷达工作在大气较均匀时间段内的水平方向上，选定散射角为179~180度处为参考点的气溶胶比相函数值和大气分子比相函数值皆为1，再测得参考点上的气溶胶后向散射系数值，并认定此值与水平方向上各散射角处的气溶胶后向散射系数值皆相等，之后， 步骤1.1，将参考点上的气溶胶后向散射系数值和气溶胶比相函数值与CCD相机各像素的偏角Θ、角宽度d Θ、(XD相机和激光雷达发射光束的垂直距离D —起代入侧向激光雷PKA达方程式
【文档编号】G01N21/49GK104007088SQ201410267102
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月16日 优先权日:2014年6月16日
【发明者】陶宗明, 麻晓敏, 单会会, 史博, 赵素贵, 陈宇, 梅洛勤, 张强华, 储德林 申请人:中国人民解放军陆军军官学院