[發明專利]一種氣溶膠多光學特性遙感觀測系統及其觀測方法

有效

• 申請號: 201710881207.8
• 申請日: 2017-09-26
• 公開（公告）號: CN107741592B
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 趙春生;邊宇軒;趙罡
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 王巖

1.一種氣溶膠多光學特性遙感觀測方法，其特征在于，所述觀測方法包括以下步驟：

1)散射信號接收單元的每一臺CCD相機分別采集一張暗幀圖像，即用擋板擋住CCD相機進行探測；

2)打開激光發射單元，發射出垂直方向的M個不同波長λ_j的連續激光，其中，j＝1,….,M；

3)開啟擋板，散射信號接收單元的每一個接收器對準多波長的激光束的方向，CCD相機采集相應波長的散射光信號，并傳輸至計算機；

4)計算機得到每一個波長的CCD圖像，讀取圖像上每個像素的灰度數據，然后減去暗幀圖像對應的灰度數據，得到去掉暗電流和噪聲的激光束被大氣散射的散射光的圖像，大氣包括氣體和氣溶膠；

5)采用線性擬合法擬合各個波長激光束的散射光的圖像的中心軸；

6)得到各個波長中心軸上的每個像素所對應的激光束的散射光的散射角θ；

7)將擬合得到的中心軸以一個像素為步長分為多個檔，每一檔對應的像素點上做垂直于中心軸的線段，線段的寬度為高斯寬度，得到在高斯寬度內每一個像素對應的灰度值，對每一檔的灰度值采用正態分布函數進行擬合，得到各個波長λ_j的大氣的散射光信號強度I(λ_j)；

8)根據每個像素所對應的各個波長散射光的散射角以及大氣的散射光信號強度，得到各個波長大氣的散射光信號強度隨散射角的變化I(θ,λ_j)；

9)根據散射光的散射角θ以及激光發射單元與散射信號接收單元之間的位置關系，得到散射高度h隨散射角的變化h(θ)；

10)根據散射光的散射角θ、散射高度h(θ)以及大氣的散射光信號強度隨散射角的變化I(θ,λ_j)，得到各個波長大氣的散射光信號強度隨散射高度的變化I(h,λ_j)；

11)根據大氣的散射光信號強度隨散射高度的變化I(h,λ_j)的衰減，得到臨界高度H，在臨界高度H以上大氣中沒有氣溶膠；

12)采用迭代法，通過歸一化參數計算各個波長下的氣溶膠消光系數的垂直廓線k_aero(h,λ_j)：

a)以臨界高度H以上的大氣的散射光信號強度作為空氣分子的散射光信號強度，結合各個波長的空氣分子的散射函數β_air(h,λ_j)，分別計算各個波長的第i次歸一化參數N_i(λ_j)：

其中，T_zi(λ_j)和T_Ri(λ_j)為第i次計算的在激光出射和散射兩段路程上的大氣透過率，i＝0,1,2,……，T_z0(λ_j)＝1，T_R0(λ_j)＝1，在臨界高度H以上β_aero(h,λ_j)＝0，當i≥1時，

b)將步驟a)得到的歸一化參數N_i(λ_j)應用到各垂直高度上，結合各個波長的空氣分子的散射函數β_air(h,λ_j)，進而得到各個波長的第i次計算的隨高度變化的氣溶膠的散射函數β_aero(h,λ_j)_i；

c)結合選定氣溶膠分類的氣溶膠散射相函數和氣溶膠單次散射反照率，得到各個波長的第i次計算的氣溶膠消光系數的垂直廓線k_aero(h,λ_j)_i；

d)比較k_aero(h,λ_j)_i與k_aero(h,λ_j)_i-1，i≥1，如果在偏差范圍以內，則以各個波長的第i次計算的氣溶膠消光系數的垂直廓線k_aero(h,λ_j)_i作為各個波長的氣溶膠消光系數的垂直廓線k_aero(h,λ_j)，進入步驟13)，如大于偏差范圍，則i＝i+1，返回步驟a)，再次進行迭代；

13)對各個波長的氣溶膠消光系數的垂直廓線k_aero(h,λ_j)隨波長的變化在對數坐標上進行插值，得到氣溶膠的波長指數的垂直廓線α(h,λ_j-λ_l)，其中，j和l＝1,....,M，且j≠l。