[发明专利]一种激光雷达斜程能见度的反演方法

权利要求书

1.一种激光雷达斜程能见度的反演方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、利用激光雷达探测反演获得不同波长下的斜程路径上大气气溶胶消光系数廓线、大气气溶胶后向散射系数廓线在高度z上的分布、大气气溶胶粒子谱分布和大气散射特性的廓线；步骤1具体按照以下步骤实施：

步骤1.1、利用386nm波长下的拉曼散射回波信号强度P1N(z)，精细反演355nm波长下的大气气溶胶消光系数廓线αA(λ1,z)，表示为：

利用607nm波长下的拉曼散射回波信号强度P2N(z)，精细反演532nm波长下的大气气溶胶消光系数廓线αA(λ3,z)，表示为：

式中λ1为355nm，λ2为386nm，λ3为532nm，λ4为607nm；P1N为386nm的拉曼散射回波信号强度，P2N为607nm的拉曼散射回波信号强度；αM(λ1,z)为355nm波长下的大气分子消光系数，αM(λ2,z)为386nm波长下的大气分子消光系数，αM(λ3,z)为532nm波长下的大气分子消光系数，αM(λ4,z)为607nm波长下的大气分子消光系数；z为斜程探测高度、为离散点；N_N(z)为大气氮气分子数密度；

步骤1.2、利用355nm+386nm大气回波信号强度随高度z的变化，获得355nm处的大气气溶胶后向散射系数廓线在高度z上的分布βA(λ1,z),表示为：

利用532nm+607nm大气回波信号强度随高度z的变化，获得532nm处的大气气溶胶后向散射系数廓线在高度z上的分布βA(λ3,z),表示为：

利用853nm+1064nm大气回波信号强度随高度z的变化，获得1064nm处的大气气溶胶后向散射系数廓线在高度z上的分布βA(λ6,z),表示为：

式中P1_M、P2_M和P3_M分别对应355nm、532nm和1064nm的米瑞利散射回波信号强度；P3_N(z)为853nm波长下不同探测高度z处的氮气拉曼散射回波信号；β_N为大气氮气分子的后向散射系数，标准大气模型提供，z₀为校正高度，z₀取10km，β_M为大气分子的后向散射系数，也可由标准大气模型获得，λ5和λ6分别853nm和1064nm；

步骤1.3、利用上述步骤1.1和步骤1.2所得的大气气溶胶消光系数α_A(λ)或后向散射系数β_A(λ)作为g_p(λ)，求解第一类线性弗雷德霍姆(Fredholm)积分方程组，获得大气气溶胶粒子谱分布，表示为：

式中r为气溶胶粒子半径，λ为入射激光的波长，m为复折射率，n(r)为粒子数密度谱函数；g_p(λ)为步骤1.1和步骤1.2求得的大气气溶胶消光系数α_A(λ)或后向散射系数β_A(λ)，Q_p(r,λ,m)为与之对应的气溶胶粒子的消光效率Q_ext(r,λ,m)或后向散射效率Q_sca(r,λ,m)；

步骤1.4、大气散射特性的廓线包括散射相函数P和单次散射反照率

根据所述步骤1中步骤1.1、步骤1.2和步骤1.3所得到的参数计算散射相函数P，具体的计算公式为：

根据所述步骤1中步骤1.1、步骤1.2和步骤1.3所得到的参数计算单次散射反照率具体的计算公式为：

式中rmin和rmax为粒子半径范围，p(λ,r,m,θ')是单个粒子散射相函数,θ′为散射角，Csca为散射截面，由后向散射效率Qsca得到；

步骤2、根据所述不同波长下的斜程路径上大气气溶胶消光系数廓线、大气气溶胶后向散射系数廓线在高度z上的分布、大气气溶胶粒子谱分布和大气散射特性的廓线计算斜程路径上的大气柱亮度；

步骤3、根据所述斜程路径上的大气柱亮度建立对比度传输系数和斜程光学厚度的函数关系；根据朗伯面假设条件，确定目标物和背景的固有对比C₀；

步骤4、利用对比度传输系数和斜程光学厚度的函数关系和目标物和背景的固有对比C₀，数值法精确求解斜程能见度V在不同高度上的分布，确定大气斜程能见度值。