技術領域

本發明涉及大氣光學，具體是一種將對應激光雷達發射波長的消光系數高度分布數據反演至其他波長的方法。

背景技術

激光雷達自1962年問世以來，經過40多年的研究和發展，已得到了廣泛的應用。它以激光為光源，通過探測激光與目標物相互作用而產生的輻射信號來遙感目標物。與普通微波雷達相比，激光雷達由于使用的是激光束，工作頻率較微波高了許多，有很多優點，如分辨率高，可以獲得極高的角度、距離和速度分辨率；低空探測性能好，抗有源于擾能力強；單色性好，方向性強；體積小，質量輕等，因此已經成為目前對大氣、海洋和陸地進行高精度遙感探測的有效手段，廣泛地應用于環境監測、航天、通信、導航和定位等高新技術領域。特別是在大氣環境監測、氣象要素測量等方面顯示了其獨特的優勢和突出的發展前景。

激光雷達是一種可以測量氣溶膠消光系數高度分布的激光雷達，它通過測量大氣后向米散射信號來反演得到大氣氣溶膠的消光系數。通常測量得到的氣溶膠消光系數高度分布與激光發射波長相對應，無法反演得到其他波長的氣溶膠消光系數高度分布。為了解決這個問題，一般采用的方法是建立一套雙波長激光雷達，利用兩個波長的激光同時探測大氣，分別得到對應發射波長的兩組消光系數分布，反演得到其他波長的消光系數。

發明內容

本發明提供一種利用激光雷達結合太陽輻射計來測量并反演得到多波長消光系數高度分布數據的方法。

本發明的原理：技術方案為使用太陽輻射計測量并反演得到多個波長的整層大氣氣溶膠光學厚度。在假設大氣粒徑譜分布滿足榮格譜分布的情況下，計算得到大氣渾濁度系數與波長指數；微脈沖激光雷達測量對應發射激光波長的大氣回波信號，利用Fernald方法將測量結果求解得到大氣氣溶膠消光系數的高度分布廓線；結合大氣渾濁度系數與波長指數將激光雷達測量得到的數據反演到其他波長。

本發明采用如下技術方案：

一種多波長大氣消光系數高度分布數據反演方法，利用激光雷達結合太陽輻射計來測量并反演得到多個激光波長消光系數高度分布數據，方法具體包括三個步驟：

(1)利用太陽輻射計數據，計算得到大氣渾濁度系數與波長指數；

在晴朗無云天氣，利用太陽輻射計沿太陽光路測量多個波長的太陽輻照度，假設大氣粒徑譜分布滿足榮格譜分布的情況下，計算得到大氣渾濁度系數與波長指數。

(2)微脈沖激光雷達測量大氣氣溶膠消光系數高度分布廓線；

利用Ferna1d方法反演微脈沖激光雷達的回波數據，得到對應激光雷達發射波長的大氣氣溶膠消光系數的高度分布廓線。

(3)大氣氣溶膠消光系數高度分布的多波長反演。

利用測量得到的大氣渾濁度系數與波長指數計算得到激光雷達發射波長及待測波長的大氣氣溶膠光學厚度。將其與激光雷達測量得到的對應激光雷達發射波長的大氣氣溶膠消光系數高度分布廓線帶入下式，計算得到待測波長的大氣氣溶膠消光系數高度分布廓線。

σ(λ1)σ(λi)=τ(λ1)τ(λi)]]>

其中：σ(λ₁)為對應激光雷達發射波長的大氣氣溶膠消光系數；

σ(λ_i)為待測波長的大氣氣溶膠消光系數；

τ(λ₁)為對應激光雷達發射波長的大氣氣溶膠光學厚度；

τ(λ_i)為對應激光雷達發射波長的大氣氣溶膠光學厚度；