專利名稱：激光測量大氣能見度方法及激光雷達(dá)能見度儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大氣監(jiān)測設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體是激光測量大氣能見度方法及激光雷達(dá)能見度儀。
背景技術(shù)：
能見度是指目標(biāo)物的能見距離，即指觀測目標(biāo)物時，能從背景中分辨出目標(biāo)物的最大距離。自20世70年代以來，由于世界各大城市的空氣污染程度日益嚴(yán)重，導(dǎo)致城市大氣能見度降低，成為公眾和環(huán)保部門重點(diǎn)關(guān)注的問題之一。能見度過低會嚴(yán)重地妨礙城市地面和空中交通，引發(fā)意外事故，造成重大經(jīng)濟(jì)損失或人員傷亡。目前的能見度測量主要依靠透射式和前向散射能見度儀，只能獲取水平方向能見度，且在出現(xiàn)不均勻的霧、局地的雨或雪暴的情況下，儀器的讀數(shù)極易出現(xiàn)誤導(dǎo)。大氣透過率儀雖然能夠測量到斜程能見度，但需將接收機(jī)放置在塔上，隨探測角度的變化，接收機(jī)放置高度也要相應(yīng)改變，無法用于機(jī)場跑道能見度監(jiān)測。激光雷達(dá)能見度儀因具有體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，測量精度高，且可自由改變探測角度的優(yōu)點(diǎn)，是直接探測斜程能見度的唯一選擇。而目前能見度反演多采用斜率法求消光系數(shù)，這需要基于大氣水平方向分布均勻的假設(shè)，會造成能見度真實(shí)值的反演偏差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種激光測量大氣能見度方法及激光雷達(dá)能見度儀，輸出穩(wěn)定結(jié)果，且結(jié)果準(zhǔn)確度高，且能獲取水平及斜程路徑平均能見度。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種激光測量大氣能見度方法，包括步驟讀取探測到的后向散射信號Si,計算所述后向散射信號的信噪比SNRi,所述i為對應(yīng)于不同距離R的采樣點(diǎn)；設(shè)定探測概率Pd的值和虛警概率Pfa的值，根據(jù)設(shè)定的探測概率和虛警概率確定探測閾值信噪比SNRth，其中，所述探測概率為信號和噪聲之和大于認(rèn)為探測到信號的閾值的概率，虛警概率為在任一觀察時刻噪聲超過閾值的概率；從最遠(yuǎn)端的采樣點(diǎn)開始，將探測信號信噪比SNRi與閾值信噪比SNRth進(jìn)行比較，超過閾值時所對應(yīng)的距離即為最大反演距離Rm ；根據(jù)探測到的后向散射信號Si,由斜率法獲得探測路徑上的大氣消光系數(shù) oa(Rm)，并將第一次獲得的所述大氣消光系數(shù)Oa(Rm)作為大氣消光系數(shù)迭代過程的初值；迭代過程將所述大氣氣溶膠消光系數(shù)初值σ a(Rm)，通過美國標(biāo)準(zhǔn)大氣分子模式計算出的大氣分子的消光系數(shù)om: am(r) = 9.807 ■ 10—23 H. (^―)40117，
T(r) 1013 /1.10—7其中T(r)為大氣分子溫度隨高度變化函數(shù)；P(r)為大氣分子壓強(qiáng)隨高度變化函數(shù)，λ為激光波長；及最大反演距離Rm同時代入后向積分公式
權(quán)利要求
1.一種激光測量大氣能見度方法，其特征在于，包括步驟讀取探測到的后向散射信號Si,計算所述后向散射信號的信噪比SNRi,所述i為對應(yīng)于不同距離R的采樣點(diǎn)；設(shè)定探測概率Pd的值和虛警概率Pfa的值，根據(jù)設(shè)定的探測概率和虛警概率確定探測閾值信噪比SNRth，其中，所述探測概率為信號和噪聲之和大于認(rèn)為探測到信號的閾值的概率，虛警概率為在任一觀察時刻噪聲超過閾值的概率；從最遠(yuǎn)端的采樣點(diǎn)開始，將探測信號信噪比SNRi與閾值信噪比SNRth進(jìn)行比較，超過閾值時所對應(yīng)的距離即為最大反演距離Rm ；根據(jù)探測到的后向散射信號Si,由斜率法獲得探測路徑上的大氣消光系數(shù)σ a(Rm)，并將第一次獲得的所述大氣消光系數(shù)Oa(Rm)作為大氣消光系數(shù)迭代過程的初值；迭代過程將所述大氣氣溶膠消光系數(shù)初值σ a(Rm)，通過美國標(biāo)準(zhǔn)大氣分子模式計算出的大氣分子的消光系數(shù)σπ: = 9.807.10—23 273 P(f) . I N4.0117T(r) 1013 /I-IOw其中T(r)為大氣分子溫度隨高度變化函數(shù)；P(r)為大氣分子壓強(qiáng)隨高度變化函數(shù)，λ 為激光波長；及最大反演距離Rm同時代入后向積分公式X(R)^V[-2(Sa-Sm)t Pm(r)dr]L——Χ( Ο-^^--SJSm^R)-^-+ 2「X(R) exp[-2(^fl-Sm)\ Pm (r)dr]Ga(Rm)^SJSmGm(Rm) ^k其中，X(R)為距離修正信號，Sa與Sni分別為大氣氣溶膠和大氣分子的后向散射比，Sni =οω(Γ)/βωω =8^/3, βπω為大氣分子后向散射系數(shù)。計算探測路徑上各采樣點(diǎn)的大氣氣溶膠消光系數(shù)，并對其求平均得到平均消光系數(shù)σ avg的值；當(dāng)所述平均消光系數(shù)σ avg的值與大氣消光系數(shù)迭代過程的初值的差值大于預(yù)先設(shè)定的迭代誤差則重復(fù)所述迭代過程，并用所述迭代過程計算出的探測路徑上的平均消光系數(shù) σ avg的值作為下次迭代過程的初值；當(dāng)所述平均消光系數(shù)σ avg的值與大氣消光系數(shù)迭代過程的初值的差值小于預(yù)先設(shè)定的迭代誤差，則停止迭代過程，輸出平均消光系數(shù)σ avg的值；將平均消光系數(shù)Oavg的值與大氣分子消光系數(shù)σπ合并得到總的大氣消光系數(shù) σ (入)，代入公式六4 = ￥(￥)^; λ代表激光波長，計算得到大氣能見度V。
2.一種激光雷達(dá)能見度儀，其特征在于，包括信號讀取單元，用于讀取探測到的后向散射信號Si,計算所述后向散射信號的信噪比 SNRi,所述i為對應(yīng)于不同距離R的采樣點(diǎn)；信噪比確定單元，用于設(shè)定探測概率Pd的值和虛警概率Pfa的值，根據(jù)設(shè)定的探測概率和虛警概率確定探測閾值信噪比SNRth，其中，所述探測概率為信號和噪聲之和大于認(rèn)為探測到信號的閾值的概率，虛警概率為在任一觀察時刻噪聲超過閾值的概率；信噪比比較單元，用于從最遠(yuǎn)端的采樣點(diǎn)開始，將探測信號信噪比SNRi與閾值信噪比 SNRth進(jìn)行比較，超過閾值時所對應(yīng)的距離即為最大反演距離Rm ；消光系數(shù)確定單元，用于根據(jù)探測到的后向散射信號Si,由斜率法獲得探測路徑上的大氣消光系數(shù)0a(Rm)；迭代單元，用于執(zhí)行迭代過程，將所述大氣氣溶膠消光系數(shù)初值σ a(Rm)，通過美國標(biāo)準(zhǔn)大氣分子模式計算出的大氣分子的消光系數(shù)om:am(r) = 9.807· 10—23 —(^^)40117， mT(r) 1013 /1.107其中T(r)為大氣分子溫度隨高度變化函數(shù)；P(r)為大氣分子壓強(qiáng)隨高度變化函數(shù)，λ 為激光波長；及最大反演距離Rm同時代入后向積分公式X(R)^V[-2(Sa-Sm)t Pm(r)dr]L——Χ( Ο-^^--SJSm^R)-^-+ 2「X(R) exp[-2(^fl-Sm)\ Pm (r)dr]Ga(Rm)^SJSmGm(Rm) ^k其中，X(R)為距離修正信號，Sa與Sni分別為大氣氣溶膠和大氣分子的后向散射比，Sni =οω(Γ)/βωω =8^/3, βπω為大氣分子后向散射系數(shù)。計算探測路徑上各采樣點(diǎn)的大氣氣溶膠消光系數(shù)，并對其求平均得到平均消光系數(shù)σ avg的值；迭代誤差確定單元，用于當(dāng)所述平均消光系數(shù)σ avg與大氣消光系數(shù)迭代過程的初值的差值大于預(yù)先設(shè)定的迭代誤差則重復(fù)所述迭代過程，并用所述迭代過程計算出的探測路徑上的平均消光系數(shù)σ avg的值作為下次迭代過程的初值，當(dāng)所述平均消光系數(shù)σ avg的值與大氣消光系數(shù)迭代過程的初值的差值小于預(yù)先設(shè)定的迭代誤差，則停止迭代過程，輸出所述平均消光系數(shù)σ avg的值。能見度獲取單元，用于將大氣大氣消光系數(shù)σ avg與大氣分子消光系數(shù)σπ合并得到總的大氣消光系數(shù)σ (入)，代入公式六2) = ￥(￥)^; λ代表激光波長。計算得到大氣能見度V。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種激光測量大氣能見度方法及激光雷達(dá)能見度儀，通過設(shè)定的探測概率和虛警概率獲得閾值信噪比，根據(jù)閾值確定最大探測距離，在這一過程中同時進(jìn)行障礙目標(biāo)的判別。在利用斜率法算得消光系數(shù)后，將其作為初值，代入后向積分公式進(jìn)行迭代，當(dāng)結(jié)果小于設(shè)定的迭代誤差時停止迭代。最后，根據(jù)消光系數(shù)與能見度關(guān)系式算得大氣能見度。
文檔編號G01S17/95GK102590145SQ20121000413
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月8日
發(fā)明者孫東松, 楊少辰 申請人:楊少辰