CN104849724B - 一种气溶胶激光雷达比的测量方法及装置 - Google Patents

一种气溶胶激光雷达比的测量方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种气溶胶激光雷达比的测量方法及装置，该测量装置包括激光束光源、分光镜、气溶胶容置空间和探测器；该方法是分别测量得到激光在气溶胶散射前的光能量E0、激光经过气溶胶散射后的光能量E及激光经过气溶胶散射时的后向散射光的光能量Eback，然后根据公式S=（E0‑E）/Eback计算得到气溶胶激光雷达比S。本发明的方法及装置无需先假设气溶胶的激光雷达比，然后才能进行激光雷达的气溶胶消光系数和后向散射系数的反演，就能够实现气溶胶激光雷达比的单点采样，减少了激光雷达气溶胶廓线测量技术过程中参数的假设，确保了测量数据的准确性、可比性和代表性。

Description

一种气溶胶激光雷达比的测量方法及装置
技术领域
本发明涉及气溶胶测量方法和设备技术领域，具体说是一种气溶胶激光雷达比测量方法及装置。
背景技术
气溶胶的退偏振度是反应气溶胶粒子形状特性的物理参数。目前情况，国内外科研工作者用微脉冲激光雷达技术测量气溶胶的退偏振度，反映气溶胶的不同粒子形状的气溶胶随高度的空间分布，例如10公里左右的卷云的粒子的退偏振度相比其它类型气溶胶的退振度要大很多，接近球型的水粒子的退偏振度很小接近于零。自目前为止，国际上只能用微脉冲激光雷达测量气溶胶的退偏振度廓线，用来区分气溶胶的粒子形状特征。
气溶胶的激光雷达比是非常重要的反映气溶胶对光的衰减程度与后向散射强度的比例关系的光学参数。目前国内外也都是用激光雷达测量气溶胶的消光系数和后向散射系数，然后计算出气溶胶的激光雷达比。在用Fernold方法反演激光雷达数据的过程中，通常必须假设气溶胶的激光雷达比参数，也就是说在反演气溶胶的消光和后向散射系数过程中一定存在气溶胶激光雷达比参数。所以说，气溶胶的激光雷达比是一个非常重要的光学参数。传统的方法有两种：1）先计算气溶胶的消光系数，与后向散射系数，再计算气溶胶的激光雷达比；2）先假设气溶胶的激光雷达比，然后再计算气溶胶的消光系数，后向散射系数。目前，出激光雷达技术之外，没有其它新技术可用来测量气溶胶的激光雷达比。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术中的不足，提供一种气溶胶激光雷达比的测量方法。
本发明的另一目的是提供一种气溶胶激光雷达比的测量装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种气溶胶激光雷达比的测量装置，包括激光束光源、分光镜、气溶胶容置空间和光能量探测器，所述激光束光源产生沿气溶胶容置空间一边射过的激光束，所述分光镜包括分别位于气溶胶容置空间相对的两侧的第一分光镜和第二分光镜，第一分光镜将激光束分光后使反射光射入气溶胶容置空间，第二分光镜穿过气溶胶容置空间的反射光再次分光，所述光能量探测器包括分别用于测量激光束透过所述第一分光镜的透射光光能量的第一探测器、测量所述第二分光镜的透射光光能量的第二探测器及测量气溶胶后向散射光的光能量的第三探测器。
进一步的设计方案中，该测量装置还包括衰减片，所述衰减片的透过率为0.01，设于激光束光源与分光镜之间，用于衰减激光束的能量。
进一步的设计方案中，该测量装置还包括设于所述第二分光镜及其第二探测器背后的吸收光线的黑体。
一种气溶胶激光雷达比的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）测量得到激光在气溶胶散射前的光能量E0；
（2）测量得到激光经过气溶胶散射后的光能量E；
（3）测量得到激光经过气溶胶散射时的后向散射光的光能量Eback；
（4）根据下列公式计算得到气溶胶激光雷达比S：
S=（E0-E）/Eback
上述气溶胶激光雷达比的测量方法可以使用上述气溶胶激光雷达比的测量装置进行测量；所述分光镜的透光率为1%，所述第一探测器测得的数据为E0T ，所述第二探测器测得的数据为ET ，所述第三探测器测得的数据为Eback ，所述E0及E的计算公式为：E0=100E0T；E=100ET。
本发明具有以下突出的有益效果：
本发明的气溶胶激光雷达比的测量方法及装置能在地表或安装在飞机、探空气球上准确测量气溶胶的光学特性中的激光雷达比，无需先假设气溶胶的激光雷达比，然后才能进行激光雷达的气溶胶消光系数和后向散射系数的反演，就能够实现气溶胶激光雷达比的单点采样，减少了激光雷达气溶胶廓线测量技术过程中参数的假设，推动了现代测量技术的发展，确保了测量数据的准确性、可比性和代表性。本发明的方法及装置测量的激光雷达比可以用来给激光雷达大气观测进行定标，校准。
附图说明
图1是本发明气溶胶激光雷达比的测量装置的结构示意图；
图中，1-激光束光源，2-衰减片，4-第一分光镜，5-第一探测器，6-第二分光镜，7-第二探测器，9-第三探测器，10-气溶胶容置空间，11-黑体。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
实施例 1
如图1所示：一种气溶胶激光雷达比的测量装置，包括激光束光源1、衰减片2、分光镜、气溶胶容置空间10和光能量探测器，衰减片的透过率为0.01，设于激光束光源1与分光镜之间，用于衰减激光束的能量，激光束光源1产生沿气溶胶容置空间10一边射过的激光束，分光镜包括分别位于气溶胶容置空间10相对的两侧的第一分光镜4和第二分光镜6，第一分光镜4将激光束分光后使反射光射入气溶胶容置空间10，第二分光镜6穿过气溶胶容置空间10的反射光再次分光，光能量探测器包括分别用于测量激光束透过第一分光镜4的透射光光能量的第一探测器5、测量第二分光镜6的透射光光能量的第二探测器7及测量气溶胶后向散射光的光能量的第三探测器9，设于第二分光镜6及其第二探测7器背后的黑体11吸收了杂余光线，避免了杂光的干扰。
进行测量时，激光束光源1产生的激光束经过衰减片2（透过率为0.01的衰减片）衰减能量后，经过第一分光镜4（99%反射1%透射的分光片）分光后，1%的透射光进入第一探测器5（纳瓦量级探测器），并测量其能量E0T，99 %的反射光经过气溶胶容置空间10中的气溶胶的衰减后再经过第二分光镜6（99%反射1%透射的分光片）的分光，1%的透射光进入第二探测器7纳瓦量级探测器，并测量其能量ET。这样便可计算出散射前的光能量E0= 100E0T与经过气溶胶散射后的透视光E=100ET ，后向散射光进入纳瓦量级探测器9并测量其能量Eback， 根据衰减能量△E=E0-E和后向散射能量Eback，便可计算出激光雷达比S=△E / Eback 。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种气溶胶激光雷达比的测量装置，其特征在于，包括激光束光源（1）、分光镜、气溶胶容置空间（10）和光能量探测器，所述激光束光源（1）产生沿气溶胶容置空间（10）一边射过的激光束，所述分光镜包括分别位于气溶胶容置空间（10）相对的两侧的第一分光镜（4）和第二分光镜（6），第一分光镜（4）将激光束分光后使反射光射入气溶胶容置空间（10），第二分光镜（6）穿过气溶胶容置空间（10）的反射光再次分光，所述光能量探测器包括分别用于测量激光束透过所述第一分光镜（4）的透射光光能量的第一探测器（5）、测量所述第二分光镜（6）的透射光光能量的第二探测器（7）及测量气溶胶后向散射光的光能量的第三探测器（9）。
2.根据权利要求1所述的气溶胶激光雷达比的测量装置，其特征在于，还包括衰减片，所述衰减片的透过率为0.01，设于激光束光源（1）与分光镜之间，用于衰减激光束的能量。
3.根据权利要求1所述的气溶胶激光雷达比的测量装置，其特征在于，还包括设于所述第二分光镜（6）及其第二探测器（7）背后的吸收光线的黑体（11）。
4.一种气溶胶激光雷达比的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）测量得到激光在气溶胶散射前的光能量E0；
（2）测量得到激光经过气溶胶散射后的光能量E；
（3）测量得到激光经过气溶胶散射时的后向散射光的光能量Eback；
（4）根据下列公式计算得到气溶胶激光雷达比S：
S=（E0-E）/Eback。
5.根据权利要求4所述气溶胶激光雷达比的测量方法，其特征在于，使用权利要求1所述的气溶胶激光雷达比的测量装置进行测量；所述分光镜的透光率为1%，所述第一探测器（5）测得的数据为E0T ，所述第二探测器（7）测得的数据为ET ，所述第三探测器（9）测得的数据为Eback ，所述E0及E的计算公式分别为：E0= 100E0T；E=100ET。
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