气溶胶后向散射系数廓线反演方法、装置及设备与流程

本发明涉及气溶胶检测，尤其涉及一种气溶胶后向散射系数廓线反演方法、装置及设备。

背景技术：

1、悬浮在大气中的气态或液态颗粒物(气溶胶)对地球-大气系统的辐射收支存在直接和间接影响。了解气溶胶的光学和微观物理性质的时空分布对于评估气溶胶对辐射收支的影响至关重要。

2、在现阶段对于气溶胶的研究中，大气气溶胶消光系数廓线、后向散射系数廓线和退偏比廓线用于表征气溶胶的粒径、形状、吸收和散射特性，是评估气溶胶的光学和微观物理性质的主要参数。其中，气溶胶退偏比廓线反演以及气溶胶消光系数廓线的确定都需要依赖于气溶胶后向散射系数，因此准确反演气溶胶后向散射系数是实现气溶胶光学参数反演的核心。

3、目前，米散射通道气溶胶后向散射系数反演使用经典的fernald算法后向模型，但fernald算法需要关键的四个输入：1、参考高度，要求参考高度处大气相对洁净，气溶胶对后向散射的贡献可忽略不计，当有云存在的情景下，不合适的参考高度可能导致气溶胶消光系数和后向散射系数反演失败；2、参考高度处的气溶胶后向散射系数；3、气溶胶雷达比廓线，通常假定为一定值，但对于不同类型的气溶胶，其雷达比值通常变化较大，在反演时不合适的雷达比假设可能导致气溶胶后向散射系数反演误差超过50％，对于气溶胶消光系数的反演影响则更大；4、大气分子消光系数和大气分子后向散射系数，这两个参数可以通过大气温度和压力廓线计算。因此，云污染、雷达比假设和大气温度和压力廓线这三个要素极大的限制了气溶胶后向散射系数廓线反演的稳定性和精度。

4、上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是相关技术。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供了一种气溶胶后向散射系数廓线反演方法、装置及设备，旨在解决现有技术中气溶胶后向散射系数廓线反演的稳定性和精度不高的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种气溶胶后向散射系数廓线反演方法，所述方法包括以下步骤：

3、接收预设激光雷达发出的后向散射信号，对所述后向散射信号进行预处理，获得无扰后向散射信号；

4、对所述无扰后向散射信号进行云污染检测，将检测到存在所述云污染的所述无扰后向散射信号按预设方式进行剔除，获得目标后向散射信号；

5、通过对所述目标后向散射信号进行瑞利拟合，确定最优参考高度；

6、获取大气分子后向散射系数，基于所述最优参考高度和所述大气分子后向散射系数生成夜间雷达比廓线；

7、基于所述最优参考高度、所述大气分子后向散射系数和所述夜间雷达比廓线进行反演，获得气溶胶后向散射系数廓线。

8、可选的，所述接收预设激光雷达发出的后向散射信号，对所述后向散射信号进行预处理，获得无扰后向散射信号，包括：

9、接收预设激光雷达发出的后向散射信号，对所述后向散射信号进行去噪处理，获得去噪后的后向散射信号；

10、对所述去噪后的后向散射信号进行平滑滤波处理，获得滤波后的后向散射信号；

11、对所述滤波后的后向散射信号进行几何重叠因子校正处理，获得校正后的后向散射信号；

12、对所述校正后的后向散射信号进行信噪比筛选，获得无扰后向散射信号。

13、可选的，所述对所述校正后的后向散射信号进行信噪比筛选，获得无扰后向散射信号，包括：

14、对所述校正后的后向散射信号进行信噪比计算，获得信噪比计算结果；

15、基于所述信噪比计算结果，获得所述校正后的后向散射信号的信噪比首次衰减到第一预设数值时的对应高度；

16、将所述对应高度低于第二预设数值的所述校正后的后向散射信号进行剔除，获得无扰后向散射信号。

17、可选的，所述对所述无扰后向散射信号进行云污染检测，将检测到存在所述云污染的所述无扰后向散射信号按预设方式进行剔除，获得目标后向散射信号，包括：

18、对所述无扰后向散射信号进行云污染检测，当检测到存在云污染时，计算所述无扰后向散射信号的云底高度；

19、将所述云底高度低于第三预设数值的所述无扰后向散射信号进行剔除，获得目标后向散射信号。

20、可选的，所述获取大气分子后向散射系数，基于所述最优参考高度和所述大气分子后向散射系数生成夜间雷达比廓线之前，还包括：

21、通过微波辐射计实时测量大气温度和压力廓线；

22、基于所述大气温度和所述压力廓线确定大气分子后向散射系数。

23、可选的，所述基于所述最优参考高度、所述大气分子后向散射系数和所述夜间雷达比廓线进行反演，获得气溶胶后向散射系数廓线之后，还包括：

24、基于气溶胶退偏比计算公式和所述气溶胶后向散射系数廓线进行反演，获得气溶胶退偏比廓线；

25、所述气溶胶退偏比计算公式为：

26、

27、其中，pdraer为气溶胶退偏比，pdrmol为大气分子退偏比，βaer为气溶胶后向散射系数，pdrvol为大气体退偏比，定义为校正后的垂直通道后向散射信号和平行通道的后向散射信号之比。

28、可选的，所述基于所述最优参考高度、所述大气分子后向散射系数和所述夜间雷达比廓线进行反演，获得气溶胶后向散射系数廓线之后，还包括：

29、将所述气溶胶后向散射系数廓线与所述夜间雷达比廓线相乘，获得气溶胶消光系数廓线。

30、此外，为实现上述目的，本发明还提出一种气溶胶后向散射系数廓线反演装置，所述装置包括：

31、信号接收模块，用于接收预设激光雷达发出的后向散射信号，对所述后向散射信号进行预处理，获得无扰后向散射信号；

32、污染检测模块，用于对所述无扰后向散射信号进行云污染检测，将检测到存在所述云污染的所述无扰后向散射信号按预设方式进行剔除，获得目标后向散射信号；

33、信号拟合模块，用于通过对所述目标后向散射信号进行瑞利拟合，确定最优参考高度；

34、廓线生成模块，用于获取大气分子后向散射系数，基于所述最优参考高度和所述大气分子后向散射系数生成夜间雷达比廓线；

35、廓线反演模块，用于基于所述最优参考高度、所述大气分子后向散射系数和所述夜间雷达比廓线进行反演，获得气溶胶后向散射系数廓线。

36、此外，为实现上述目的，本发明还提出一种气溶胶后向散射系数廓线反演设备，所述设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的气溶胶后向散射系数廓线反演程序，所述气溶胶后向散射系数廓线反演程序配置为实现如上文所述的气溶胶后向散射系数廓线反演方法的步骤。

37、此外，为实现上述目的，本发明还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有气溶胶后向散射系数廓线反演程序，所述气溶胶后向散射系数廓线反演程序被处理器执行时实现如上文所述的气溶胶后向散射系数廓线反演方法的步骤。

38、本发明通过接收预设激光雷达发出的后向散射信号，对后向散射信号进行预处理，获得无扰后向散射信号；对无扰后向散射信号进行云污染检测，将检测到存在云污染的无扰后向散射信号按预设方式进行剔除，获得目标后向散射信号；通过对目标后向散射信号进行瑞利拟合，确定最优参考高度；获取大气分子后向散射系数，基于最优参考高度和大气分子后向散射系数生成夜间雷达比廓线；基于最优参考高度、大气分子后向散射系数和夜间雷达比廓线进行反演，获得气溶胶后向散射系数廓线。由于本发明通过将存在云污染的无扰后向散射信号按预设方式进行剔除，从而提高了最优参考高度的有效性，再根据最优参考高度和大气分子后向散射系数生成夜间雷达比廓线，最后再基于最优参考高度、大气分子后向散射系数和夜间雷达比廓线进行反演，获得气溶胶后向散射系数廓线，相较于现有技术中的将雷达比假设为定值的处理方式，进一步提高了气溶胶后向散射系数廓线的反演精度和稳定性。