[發明專利]一種基于無人機大氣激光雷達的氣溶膠消光系數反演方法

有效

• 申請號: 202010051800.1
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN113138398B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 宋小全;王曉磊;劉金濤;張凱臨;吳松華
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95;G01S7/48
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

基于無人機大氣激光雷達的氣溶膠消光系數反演方法包括以下步驟：步驟一，在地面目標位置放漫反射板，無人機大氣激光雷達升空固定高度后將激光發射系統對準漫反射板，垂直于漫反射板發射激光脈沖；步驟二，激光接收系統接收后向散射信號，由光電探測和數據采集系統進行信號的轉換和采集，然后由數據處理系統計算無人機大氣激光雷達至漫反射板之間的大氣光學參數；步驟三，無人機大氣激光雷達上升固定高度n次，重復步驟二n次，得到對應高度的大氣透過率、光學厚度，進而得到氣溶膠消光系數的情況；步驟四，無人機大氣激光雷達在下降過程中，可懸停固定高度n次，重復步驟二n次；相當于重復上升過程中的測量，通過增加測量次數提高結果的準確度。

技術領域

本發明涉及一種基于無人機大氣激光雷達的氣溶膠消光系數反演方法，更具體地說屬于一種采用無人機和大氣激光雷達反演氣溶膠消光系數的方法。

背景技術

大氣激光雷達（Atmospheric Lidar）是一種主動式光學遙感探測技術，用于探測氣溶膠消光系數、后向散射系數、退偏振比及粒徑特性、大氣溫濕度、大氣氣體濃度等的時空分布。這些大氣參數對大氣化學、大氣輻射、大氣污染監測、天氣預報以及氣候模式研究等具有重要意義。米散射激光雷達常用Fernald法反演氣溶膠消光系數，該探測方法需要設定大氣氣溶膠激光雷達比，激光雷達比依賴于發射的激光波長、氣溶膠的尺度譜分布和折射系數，并且天氣條件的改變會導致設定的參數值不準確，進而引發較大的反演誤差。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于無人機大氣激光雷達的氣溶膠消光系數反演方法，結合了無人機、大氣激光雷達和漫反射板各自的特點，實現氣溶膠的高精度探測。

本發明包括以下步驟：步驟一，在地面目標位置放置漫反射板，無人機大氣激光雷達升空固定高度后將激光發射系統對準漫反射板，垂直于漫反射板發射激光脈沖；步驟二，激光接收系統接收后向散射回波信號，由光電探測和數據采集系統進行信號的轉換和采集，然后由數據處理系統計算無人機大氣激光雷達至漫反射板之間高度范圍內的大氣光學參數；步驟三，無人機繼續上升固定高度n次，重復上述步驟n次，得到整段高度的氣溶膠消光系數的情況；步驟四，無人機大氣激光雷達在下降過程中，懸停固定高度n次，重復上述步驟n次，得到整段高度的氣溶膠消光系數的情況；重復上升過程中的測量，通過增加測量次數提高所獲結果的準確度。

利用漫反射板提供的后向散射信號不隨天氣變化、后向散射系數確定的特性，不需要確定大氣氣溶膠的激光雷達比，通過上升過程n次的探測數據利用激光雷達方程計算，并且步驟一中利用無人機在漫反射板垂直正上方實現任意高度的懸停，使無人機每次飛行上升的高度相同，簡化了復雜的反演過程，每次飛行下降時重復測量提高結果準確度，而無人機每次探測時調整的高度越小，最終反演出的結果越精確。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

圖1，本發明的基于無人機大氣激光雷達的氣溶膠消光系數反演方法探測原理圖。

圖2，本發明的基于無人機大氣激光雷達的氣溶膠消光系數反演方法激光雷達接收信號強度隨漫反射板與無人機距離變化圖。

圖3，本發明的基于無人機大氣激光雷達的氣溶膠消光系數反演方法探測示意圖。

圖4，本發明的基于無人機大氣激光雷達的氣溶膠消光系數反演方法步驟流程圖。

圖中：1．無人機，2．大氣激光雷達發射單元，3．大氣激光雷達接收單元，4．漫反射板，5. 出射激光，6. 漫反射光，7. 大氣激光雷達接收單元接收到的后向散射光，8、9、10、11分別表示探測到的對應無人機與漫反射板不同距離時漫反射板位置處的后向散射回波信號，12. 控制單元，13. 脈沖激光器，14. 激光發射系統，15. 大氣，16. 地面放置的漫反射板，17. 激光接收系統，18. 光電探測和數據采集系統，19. 數據處理系統。

具體實施方式