[發明專利]一種根據實時氣溶膠分布求解激光雷達動態雷達比的方法

有效

• 申請號: 202110234821.1
• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN113009437B
• 公開（公告）日: 2023-10-03
• 發明（設計）人: 吳澗;張楚葳
• 申請（專利權）人: 云南大學
• 主分類號: G01S7/40
• 分類號: G01S7/40
• 代理公司: 昆明今威專利商標代理有限公司 53115
• 代理人: 賽曉剛

1.一種根據實時氣溶膠分布求解動態雷達比的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟(1)，氣溶膠消光系數傳感器測量得到地面實測氣溶膠消光系數α_a(r₀)；

步驟(2)，計算激光雷達在地面r₀處信號P(r₀)；

步驟(3)，給定適合本地的預估雷達比；

步驟(4)，擬合地面及混合均勻處的消光系數；

步驟(5)，反代入Fernald后向積分方程求解動態雷達比；

步驟(6)，將算法進行迭代；

步驟(7)，利用動態雷達比反演獲得氣溶膠消光系數的分布廓線。

2.根據權利要求1所述的求解動態雷達比的方法，其特征在于，所述步驟(2)包括：

所述激光雷達在地面r₀處的信號P(r₀)，由激光雷達在最低有效位置r_m處的信號P(r_m)和地面實測氣溶膠消光系數α_a(r₀)求得：

其中α_m為大氣分子的消光系數。

3.根據權利要求1所述的求解動態雷達比的方法，其特征在于，所述步驟(3)包括：

調整Fernald后向積分方程中Sa的值使得反演得到的氣溶膠消光系數α_a與地面實測氣溶膠消光系數α_a(r₀)大小相同，此時Sa的值為適合本地的預估雷達比；

由預估雷達比及步驟(2)得到的地面信號P(r₀)根據Fernald后向積分方程擬合地面消光系數σ_a(r′₀)，如下式所示：

式中：r表示高度，P(r)表示激光雷達歸一化后向散射信號，C表示雷達常數，E表示脈沖能量，在雷達穩定工作的情況下，這兩個值被視為常數；α_a為氣溶膠消光系數；α_m為大氣分子的消光系數，Sa為雷達比；Sm為大氣分子的雷達比；

矯正系數H為：

4.根據權利要求1所述的求解動態雷達比的方法，其特征在于，所述步驟(4)包括：

激光雷達原始方程為：

對上式兩邊求導，得：

利用最小二乘法擬合ln(P(r))與高度r，并計算求得這段高度上所有點偏離擬合直線的殘差平方和，殘差平方和最小處為所求混合均勻的高度；

根據步驟(3)給出的預估雷達比，反演得氣溶膠消光廓線，從而根據所述氣溶膠消光廓線的對應高度得到混合均勻處的消光系數σ_a(r′_u)；σ_a(r′_u)乘上相應的矯正系數H，即為所求混合均勻處的消光系數α_a(r_u)。

5.根據權利要求1所述的求解動態雷達比的方法，其特征在于，所述步驟(5)包括：

所述Fernald給出的激光雷達方程的解析解中共有3個未知量分別為：參考點處的消光系數、待求點處的消光系數和雷達比S_a；

使用所述步驟(4)中得到的混合均勻處的消光系數α_a(r_u)作為參考點處消光；地面實測處消光系數α_a(r₀)作為待求點處消光系數，將α_a(r_u)，α_a(r₀)及待求點處對應的回波信號P(r₀)帶入Fernald后向積分方程，反推出其對應的雷達比Sa。