[发明专利]一种多波长大气消光系数高度分布数据反演方法

说明书

技术领域

本发明涉及大气光学，具体是一种将对应激光雷达发射波长的消光系数高度分布数据反演至其他波长的方法。

背景技术

激光雷达自1962年问世以来，经过40多年的研究和发展，已得到了广泛的应用。它以激光为光源，通过探测激光与目标物相互作用而产生的辐射信号来遥感目标物。与普通微波雷达相比，激光雷达由于使用的是激光束，工作频率较微波高了许多，有很多优点，如分辨率高，可以获得极高的角度、距离和速度分辨率；低空探测性能好，抗有源于扰能力强；单色性好，方向性强；体积小，质量轻等，因此已经成为目前对大气、海洋和陆地进行高精度遥感探测的有效手段，广泛地应用于环境监测、航天、通信、导航和定位等高新技术领域。特别是在大气环境监测、气象要素测量等方面显示了其独特的优势和突出的发展前景。

激光雷达是一种可以测量气溶胶消光系数高度分布的激光雷达，它通过测量大气后向米散射信号来反演得到大气气溶胶的消光系数。通常测量得到的气溶胶消光系数高度分布与激光发射波长相对应，无法反演得到其他波长的气溶胶消光系数高度分布。为了解决这个问题，一般采用的方法是建立一套双波长激光雷达，利用两个波长的激光同时探测大气，分别得到对应发射波长的两组消光系数分布，反演得到其他波长的消光系数。

发明内容

本发明提供一种利用激光雷达结合太阳辐射计来测量并反演得到多波长消光系数高度分布数据的方法。

本发明的原理：技术方案为使用太阳辐射计测量并反演得到多个波长的整层大气气溶胶光学厚度。在假设大气粒径谱分布满足荣格谱分布的情况下，计算得到大气浑浊度系数与波长指数；微脉冲激光雷达测量对应发射激光波长的大气回波信号，利用Fernald方法将测量结果求解得到大气气溶胶消光系数的高度分布廓线；结合大气浑浊度系数与波长指数将激光雷达测量得到的数据反演到其他波长。

本发明采用如下技术方案：

一种多波长大气消光系数高度分布数据反演方法，利用激光雷达结合太阳辐射计来测量并反演得到多个激光波长消光系数高度分布数据，方法具体包括三个步骤：

(1)利用太阳辐射计数据，计算得到大气浑浊度系数与波长指数；

在晴朗无云天气，利用太阳辐射计沿太阳光路测量多个波长的太阳辐照度，假设大气粒径谱分布满足荣格谱分布的情况下，计算得到大气浑浊度系数与波长指数。

(2)微脉冲激光雷达测量大气气溶胶消光系数高度分布廓线；

利用Ferna1d方法反演微脉冲激光雷达的回波数据，得到对应激光雷达发射波长的大气气溶胶消光系数的高度分布廓线。

(3)大气气溶胶消光系数高度分布的多波长反演。

利用测量得到的大气浑浊度系数与波长指数计算得到激光雷达发射波长及待测波长的大气气溶胶光学厚度。将其与激光雷达测量得到的对应激光雷达发射波长的大气气溶胶消光系数高度分布廓线带入下式，计算得到待测波长的大气气溶胶消光系数高度分布廓线。

σ(λ1)σ(λi)=τ(λ1)τ(λi)]]>

其中：σ(λ₁)为对应激光雷达发射波长的大气气溶胶消光系数；

σ(λ_i)为待测波长的大气气溶胶消光系数；

τ(λ₁)为对应激光雷达发射波长的大气气溶胶光学厚度；

τ(λ_i)为对应激光雷达发射波长的大气气溶胶光学厚度；