[发明专利]一种提高二氧化碳差分吸收激光雷达反演精度的方法

权利要求书

1.一种提高二氧化碳差分吸收激光雷达反演精度的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，根据差分吸收激光雷达实测信号反演每层二氧化碳光学厚度值；

步骤1的中二氧化碳光学厚度值的计算公式如下，

其中，DAOD代表二氧化碳光学厚度值，代表在r处的off-line波长的接收能量，代表在r处的on-line波长的接收能量，r是探测距离，r_top表示积分区间的开始，r_bottom代表积分区间的截止距离，λ_on和λ_off分别代表on-line波长以及off-line波长；

步骤2，根据切比雪夫拟合优化每层二氧化碳光学厚度值；

步骤3，将最低信号接收位置与边界层之间的总二氧化碳光学厚度值作为限制条件，以每层信号的信噪比为权重，构建条件平差模型，获得最优化的每层二氧化碳光学厚度值；

步骤3中构建条件平差模型的具体实现方式如下，

代表第i层的真实光学厚度，i＝1,2,3…n，n代表层数，a_k,i是条件方程中的系数，k＝1,2,3…q，i＝1,2,3…n，b_k是常数项，k＝1,2,3…q，q指得是多余观测方程的个数，表示为方程(7)：

L_i是根据公式(3)计算的每层DAOD，L_i代表的是计算的每层DAOD值，v是每层DAOD相对的偏差，对单次采集信号，条件方程由(8)表示：

b_o是300m至边界层高之间的DAOD值的相反数，w是计算的每层DAOD的和与真实每层DAOD值之和的闭合差；

w＝L₁+L₂+…+L_n+b₀ (9)

假设有如下式子，

L＝[L₁,L₂…L_n]^T (10)

A＝(1 1 … 1) (11)

A₀＝b₀ (12)

W＝AL+A₀ (13)

根据拉格朗日乘子法以及条件极值法，得方程(15)，假设它的乘子为K＝[k₁,k₂,k₃,…k_q]^T，

φ＝V^TPV-2K(AV+W) (15)

P是计算过程中的权重，由公式(16)表示：

SNR_(1,i)代表每层的SNR，P是对角阵，经过计算，V表示为公式(17)

V＝P^-1A^TK (17)

假设N_AA＝AQA^T＝AP^-1A^T，则得到公式(18)

N_AAK+W＝0 (18)

K根据公式(19)计算，v_i由公式(20)计算；

经过平差以后得到每层的DAOD，然后计算积分时间内的其他次反演，假设积分时间为m，然后将每层的DAOD值的平均值作为对应该层的DAOD值用于反演，由公式(21)示：

最后是将作为公式(2)的分子进行计算每层CO₂的密度，

其中，N_CO2代表CO₂的密度，r_top表示积分区间的开始，r_bottom代表积分区间的截止距离，σ代表CO₂分子的吸收截面，λ_on和λ_off分别代表on-line波长以及off-line波长。