[發(fā)明專利]基于CCD成像技術(shù)的側(cè)向激光雷達(dá)測量氣溶膠參數(shù)的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310299334.9
• 申請日: 2013-07-16
• 公開（公告）號: CN103344611A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陶宗明;麻曉敏;陳向春;張清澤;陳宇;儲(chǔ)德林
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍陸軍軍官學(xué)院
• 主分類號: G01N21/49
• 分類號: G01N21/49
• 代理公司: 合肥和瑞知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 34118
• 代理人: 任崗生

1.一種基于CCD成像技術(shù)的側(cè)向激光雷達(dá)測量氣溶膠參數(shù)的方法，包括CCD相機(jī)的標(biāo)定和利用CCD成像技術(shù)獲取激光在大氣中的散射光信號，其特征在于主要組成步驟為：

步驟1，先將CCD側(cè)向激光雷達(dá)工作在大氣較均勻時(shí)間段內(nèi)的水平方向上，選定散射角為179～180度處為參考點(diǎn)的氣溶膠比相函數(shù)值和大氣分子比相函數(shù)值皆為1，再測得參考點(diǎn)上的氣溶膠后向散射系數(shù)值，并認(rèn)定此值與水平方向上各散射角處的氣溶膠后向散射系數(shù)值皆相等，之后，

步驟1.1，將參考點(diǎn)上的氣溶膠后向散射系數(shù)值和氣溶膠比相函數(shù)值與CCD相機(jī)各像素的偏角（θ）、角寬度（dθ）、CCD相機(jī)（3）和激光雷達(dá)發(fā)射光束（5）的垂直距離（D）一起代入側(cè)向激光雷達(dá)方程式中，方程中的P(θ)為θ偏角方向上對應(yīng)像素接收到的信號強(qiáng)度，P₀為激光雷達(dá)發(fā)射光束的功率，K為接收系統(tǒng)的光學(xué)透過率，A為光學(xué)系統(tǒng)的有效面積，T_i、T_r分別為激光豎直方向和斜方向上的透過率，β(θ)為氣溶膠側(cè)向散射系數(shù)，其由β(θ)=β₁(θ)f₁(θ)+β₂(θ)f₂(θ)構(gòu)成，式中的β₁(θ)為氣溶膠后向散射系數(shù)、β₂(θ)為大氣分子后向散射系數(shù)、f₁(θ)為氣溶膠比相函數(shù)、f₂(θ)為大氣分子比相函數(shù)，按以下方法反演計(jì)算出參考點(diǎn)相鄰點(diǎn)上的氣溶膠比相函數(shù)值，

設(shè)參考點(diǎn)散射角為θ_c，氣溶膠后向散射系數(shù)為β₁(θ_c)，大氣的光學(xué)厚度為τ_c，取常數(shù)則帶衰減的側(cè)向激光雷達(dá)信號β′(θ)定義為

β′(θ)=P(θ)C]]>??????????????????????????????????????????????????????①，

理論上帶衰減的側(cè)向激光雷達(dá)信號的表達(dá)式為，

β′(θ)＝[β₁(θ)f(θ)₁+β₂(θ)f₂(θ)]exp-(Δτ+τ_c(1/cos(π-θ)-1/cos(π-θ_c))+Δτ/cos(π-θ))dθ

??????????????????????????????????????????????????????②，

式中的Δτ為散射角從θ_c到θ處的大氣垂直光學(xué)厚度，從參考點(diǎn)開始，運(yùn)用數(shù)值算法，擬合方程①式和②式，數(shù)值解出參考點(diǎn)相鄰點(diǎn)上的氣溶膠比相函數(shù)f₁(θ_c+dθ)，

步驟1.2，將相鄰點(diǎn)作為新的參考點(diǎn)，向散射角變小的方向選取新的相鄰點(diǎn)，重復(fù)步驟1.1，數(shù)值解出新相鄰點(diǎn)上的氣溶膠比相函數(shù)f₁(θ_c+dθ)，直至獲得探測范圍內(nèi)所有選定散射角的氣溶膠比相函數(shù)值，得到氣溶膠比相函數(shù)f₁(θ)的廓線；

步驟2，先將CCD側(cè)向激光雷達(dá)工作在與水平面相垂直方向上，并認(rèn)定由步驟1得到的水平方向上的氣溶膠比相函數(shù)值與垂直方向上的相等，再選取探測高度上的某處作為參考點(diǎn)，測得該點(diǎn)上的氣溶膠后向散射系數(shù)值，之后，

步驟2.1，將參考點(diǎn)上的氣溶膠后向散射系數(shù)值和氣溶膠比相函數(shù)值與CCD相機(jī)各像素的偏角（θ）、角寬度（dθ）、CCD相機(jī)（3）和激光雷達(dá)發(fā)射光束（5）的垂直距離（D）一起代入側(cè)向激光雷達(dá)方程式中，按以下方法反演計(jì)算出參考點(diǎn)相鄰點(diǎn)上的氣溶膠后向散射系數(shù)值，

設(shè)參考點(diǎn)散射角為θ_c，氣溶膠后向散射系數(shù)為β₁(θ_c)，大氣的光學(xué)厚度為τ_c，取常數(shù)則帶衰減的側(cè)向激光雷達(dá)信號β′(θ)定義為

β′(θ)=P(θ)C]]>??????????????????????????????????????????????????????①，

理論上帶衰減的側(cè)向激光雷達(dá)信號的表達(dá)式為，

β′(θ)＝[β₁(θ)f(θ)₁+β₂(θ)f₂(θ)]exp-(Δτ+τ_c(1/cos(π-θ)-1/cos(π-θ_c))+Δτ/cos(π-θ))dθ

??????????????????????????????????????????????????????②，

式中的Δτ為散射角從θ_c到θ處的大氣垂直光學(xué)厚度，從參考點(diǎn)開始，運(yùn)用數(shù)值算法，擬合方程①式和②式，數(shù)值解出參考點(diǎn)相鄰點(diǎn)上的氣溶膠后向散射系數(shù)β₁(θ_c+dθ)，

步驟2.2，將相鄰點(diǎn)作為新的參考點(diǎn)，先后向高處和低處兩個(gè)方向上選取新的相鄰點(diǎn)，重復(fù)步驟2.1，數(shù)值解出新相鄰點(diǎn)上的氣溶膠后向散射系數(shù)β₁(θ_c+dθ)，直至獲得探測范圍內(nèi)所有選定高度上的氣溶膠后向散射系數(shù)值，得到氣溶膠后向散射系數(shù)β₁(θ)的廓線；

步驟3，由θ角上的氣溶膠相函數(shù)與氣溶膠后向散射系數(shù)之比為氣溶膠比相函數(shù)的定義得到氣溶膠相函數(shù)的廓線。