CN107421917A - 一种多功能高精度大气能见度仪及能见度测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能高精度大气能见度仪及能见度测量方法，包括外壳，所述外壳的内部设有电源、电源控制器、望远镜、激光触发器、激光器、耦合器、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜、窄带滤光片、FPGA核心控制与数据处理模块、光电探测器和外部环境探测模块，所述外壳的前侧表面设有激光触发器按键和液晶显示屏，所述电源通过电源控制器分别与所述激光触发器、激光器、光电探测器、FPGA核心控制与数据处理模块、外部环境探测模块和液晶显示屏电连接，所述激光触发器按键和FPGA核心控制与数据处理模块电连接，所述FPGA核心控制与数据处理模块和激光触发器电连接，本发明体积小、重量轻、多功能、低成本和测量精度高。
Description
技术领域
本发明涉及能见度仪技术领域，具体涉及一种多功能高精度大气能见度仪及能见度测量方法。
背景技术
随着社会经济的发展，能源消耗的增多，环境污染日益加剧，近年来，我国的灰霾天气频发，呈现出爆发频次高、过程发展快、持续时间长、影响范围广等特点。频繁的灰霾天气导致能见度降低，显著提高了飞机迷航、航班延误、车辆碰擦等事件的发生概率，造成了重大的经济损失和极为恶劣的社会影响。灰霾问题已日趋成为当前社会公众普遍重视的灾害性天气现象。能见度仪的诞生，极大地缓解了灰霾天气下人们出行和交通运输中存在的困难。采用仪器测量能见度的方式取代传统人工目测的方法，不仅保证了能见度监测的准确性，还可确保监测的即时性和长效性，是保障出行安全的一大重要举措。
随着光电子技术的发展与机械工艺的进步，越来越多的高精度、宽量程能见度仪被设计出来。如美国Belfort公司的Model6000能见度测量仪，采用前向散射技术，主要应用于港口等场所；芬兰VAISALA公司的FD12P能见度仪，同样采用前向散射技术，不仅用于交通领域，还作为常规的气象学科学监测仪器得到广泛的应用。国内从上个世纪六十年代开始进行能见度测量仪器的研究，1991年，中科院大气物理研究所成功研制了一台激光雷达式能见度仪。随后，洛阳迈凯公司、安徽光学精密机械研究所、锦州阳光科技公司等都相继有能见度探测仪器问世。现今市面上的能见度探测设备大都采用透射式或者前向散射式，而基于这两种探测机制，会造成探测位置固定、量程小、现场调试困难和探测误差较大等问题，限制了能见度仪的使用范围和推广应用；且其体积较大和安装过程复杂。同时，能见度的反演多采用Collis、Klett和Fernald这三种基本的反演算法：Collis斜率法的反演前提是大气均匀分布，而实际的大气情况往往不是均匀的，反演结果必定存在较大的偏差；Klett法和Fernald法可用于实际大气消光系数的反演，但都需要首先确定消光系数边界值，边界值的选取关系到最终能见度的求解精度。因此，研制体积小、重量轻、低成本和高精度的大气能见度仪，对拓展其应用前景、实现市场化具有重要意义，并对陆地交通、航海、航空、气象等方面具有重要的指导意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种多功能高精度大气能见度仪及能见度测量方法，本发明体积小、重量轻、多功能、低成本和测量精度高。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种多功能高精度大气能见度仪，包括外壳，所述外壳的内部设有电源、电源控制器、望远镜、激光触发器、激光器、耦合器、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜、窄带滤光片、FPGA核心控制与数据处理模块、光电探测器和外部环境探测模块，所述外壳的右侧表面设有安装孔，所述望远镜的镜头固定在外壳的安装孔内，所述外壳的前侧表面设有激光触发器按键和液晶显示屏，所述电源通过电源控制器分别与所述激光触发器、激光器、光电探测器、FPGA核心控制与数据处理模块、外部环境探测模块和液晶显示屏电连接，所述激光触发器按键和FPGA核心控制与数据处理模块电连接，所述FPGA核心控制与数据处理模块和激光触发器电连接，所述激光触发器和激光器电连接且激光器用于产生激光束并发射激光束到耦合器，所述耦合器的焦点处设置有收发一体同轴光纤束的发射端，所述收发一体同轴光纤束的公共端位于望远镜的焦点处，所述收发一体同轴光纤束的接收端位于第一聚焦透镜的焦点处，所述窄带滤光片安装在第一聚焦透镜和第二聚焦透镜之间，所述第二聚焦透镜安装在窄带滤光片和光电探测器之间，所述光电探测器和FPGA核心控制与数据处理模块电连接，所述外部环境探测模块和FPGA核心控制与数据处理模块电连接，所述FPGA核心控制与数据处理模块和液晶显示屏电连接。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述FPGA核心控制与数据处理模块包括A/D模数转换模块、FIFO存储器、能见度反演数据处理系统、液晶显示屏控制模块、按键控制模块、存储器和串行通信模块，所述A/D模数转换模块分别与外部环境探测模块和FIFO存储器电连接，所述FIFO存储器与能见度反演数据处理系统电连接，所述能见度反演数据处理系统分别与存储器和液晶显示屏控制模块电连接，所述存储器与串行通信模块电连接，所述液晶显示屏控制模块与液晶显示屏电连接，所述激光触发器按键通过按键控制模块与激光触发器电连接。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述外部环境探测模块包括GPS天线、GPS模块、温度传感器、湿度传感器、气压传感器和倾角传感器，所述GPS天线与GPS模块电连接，所述GPS模块、温度传感器、湿度传感器、气压传感器以及倾角传感器均与A/D模数转换模块电连接。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述望远镜采用施密特-卡塞格林望远镜，所述电源控制器包括电源开关，所述电源开关位于所述外壳的前侧表面。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述的施密特-卡塞格林望远镜包括非球面施密特校正板、球面副镜、球面主镜和准直透镜。
为实现上述技术目的，本发明采取的另一个技术方案为：
一种多功能高精度大气能见度仪的能见度测量方法，具体包括以下步骤：
步骤1：湿度传感器实时测量外部环境的相对湿度信息并发送相对湿度信息的信号到A/D模数转换模块，A/D模数转换模块对信号进行模数转换并将相对湿度信息存放到FIFO存储器，FIFO存储器将缓存数据输出到能见度反演数据处理系统，能见度反演数据处理系统根据外部环境的相对湿度的大小判断大气状况；
步骤2：倾角传感器实时测量大气能见度仪的倾斜角度并发送倾斜角度信号到A/D模数转换模块，A/D模数转换模块对信号进行模数转换并将倾斜角度数据存放到FIFO存储器，FIFO存储器将缓存数据输出到能见度反演数据处理系统，能见度反演数据处理系统判断倾斜角度的大小，若倾斜角度小于5度，则能见度反演数据处理系统采用大气水平能见度的测量方法计算大气消光系数，否则，能见度反演数据处理系统采用大气斜程能见度的测量方法计算大气消光系数；
步骤3：根据步骤2计算的大气消光系数确定大气的能见度值；
步骤4：能见度反演数据处理系统将大气的能见度值和大气状况发送到液晶显示屏控制模块，液晶显示屏控制模块控制液晶显示屏，液晶显示屏显示大气的能见度值和大气状况，能见度反演数据处理系统将大气的能见度值和大气状况发送到存储器，存储器存储大气的能见度值和大气状况。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述能见度反演数据处理系统采用大气水平能见度的测量方法计算大气消光系数具体包括以下步骤：
(a)采用激光雷达方程，获得距离校准对数函数：
S(r)＝ln[r2P(r)] (1)
其中P(r)为距离r处的激光雷达回波信号的功率。
(b)计算大气的消光系数：
作为本发明进一步改进的技术方案，所述能见度反演数据处理系统采用大气斜程能见度的测量方法获得大气消光系数具体包括以下步骤：(a)能见度反演数据处理系统读取激光雷达回波信号P(r)，确定有效数据起点rs和有效数据终点rm；
(b)采用Collis斜率法处理rs到rm之间的回波信号，估算出测量路径上的消光系数σs，将估算的σs赋给σm；
(c)将消光系数σm的初值代入公式：
其中S1、S2分别为气溶胶的消光后向散射比和大气分子的消光后向散射比,P(r)为探测距离r处回波信号的功率,σa(r)和σm(r)分别代表气溶胶和大气分子的消光系数,P(rm)为边界处的回波功率,σm(rm)为大气分子的消光系数边界值；
(d)通过公式(3)计算出路径上各点r的消光系数，计算有效测量路径rs到rm之间的平均消光系数σavg；
(e)通过σavg与σm做差值确定误差，若误差大于等于设定的迭代误差，将σavg赋值给σm并通过公式(3)重新进行迭代，直到计算出的有效测量路径rs到rm之间的平均消光系数σavg与σm之间的误差小于设定的迭代误差为止；若误差小于设定的迭代误差，则输出σavg作为测量路径上大气的平均消光系数σ。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述根据步骤2计算的大气消光系数确定大气的能见度值具体包括以下步骤：
(a)构建消光系数与能见度之间数学模型；
其中a、b、c为修正系数，V为能见度值，σ为消光系数；
(b)测量当地大气实际的消光系数和能见度值，带入公式(4)，求出a、b和c；
(c)将步骤2计算的大气消光系数带入公式(4)，求出能见度值且该能见度值为大气能见度仪测量的能见度值。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述大气状况为雾、雾霾混合或霾。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明利用全光纤结构、小型化S-C望远镜以及高速的FPGA数据处理与控制系统，有效提高了能见度仪的紧凑性和稳定性，并利用光学同轴收发一体化光纤束的设计，消除了几何重叠因子的影响；本发明体积小，结构简单，成本低。
(2)本发明集成了湿度、气压、温度、GPS等传感器，实现了测量仪器的多功能化，并针对这些传感器测量的结果，进行了大气情况和位置的判断。
(3)本发明通过倾角传感器，进行倾斜角度判断，可以实现水平方向和斜程方向的能见度测量。针对斜程方向，大气分布不均匀的情况，提出了Collis与Fernald相结合的迭代算法，此迭代算法可以克服Collis、Klett等方法的局限性，更为快速稳定准确地反演大气能见度信息。
(4)本发明构建了关于能见度求解的数学模型，获得了能见度与消光系数更为准确的关系，有效地减少了计算误差。
附图说明
图1为本发明的外壳的结构示意图。
图2为本发明的外壳内部结构示意图。
图3为本发明的望远镜的结构示意图。
图4为本发明的FPGA核心控制与数据处理模块的结构示意图。
图5为本发明的工作原理示意图。
图6为本发明的能见度反演数据处理系统的工作流程图。
图7为本发明的能见度反演数据处理系统采用大气斜程能见度的测量方法的工作流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面根据图1至图7对本发明的具体实施方式作出进一步说明：
参见图1和图2，本发明提出并设计了一种多功能高精度大气能见度仪，包括外壳1，所述外壳1的内部设有电源6、电源控制器7、望远镜19、激光触发器8、激光器9、耦合器10、第一聚焦透镜15、第二聚焦透镜17、窄带滤光片16、FPGA核心控制与数据处理模块14、光电探测器18和外部环境探测模块13，所述外壳1的右侧表面设有安装孔2，所述望远镜19的镜头固定在外壳1的安装孔2内，所述外壳1的前侧表面设有激光触发器按键3和液晶显示屏4，所述电源6通过电源控制器7分别与所述激光触发器8、激光器9、光电探测器18、FPGA核心控制与数据处理模块14、外部环境探测模块13和液晶显示屏4电连接，所述激光触发器按键3和FPGA核心控制与数据处理模块14电连接，所述FPGA核心控制与数据处理模块14和激光触发器8电连接，所述激光触发器8和激光器9电连接且激光器9用于产生激光束并发射激光束到耦合器10，所述耦合器10的焦点处设置有收发一体同轴光纤束11的发射端，所述收发一体同轴光纤束11的公共端位于望远镜19的焦点处，所述收发一体同轴光纤束11的接收端位于第一聚焦透镜15的焦点处，所述窄带滤光片16安装在第一聚焦透镜15和第二聚焦透镜17之间，所述第二聚焦透镜17安装在窄带滤光片16和光电探测器18之间，所述光电探测器18和FPGA核心控制与数据处理模块14电连接，所述外部环境探测模块13和FPGA核心控制与数据处理模块14电连接，所述FPGA核心控制与数据处理模块14和液晶显示屏4电连接。
本实施例中，参见图4，所述FPGA核心控制与数据处理模块14包括A/D模数转换模块、FIFO存储器、能见度反演数据处理系统、液晶显示屏控制模块、按键控制模块、存储器和串行通信模块，七个功能子模块在FPGA内部系统时钟信号的协调下有序的工作，从而实现一个完整的控制与数据处理系统。所述A/D模数转换模块分别与外部环境探测模块13和FIFO存储器电连接，所述FIFO存储器与能见度反演数据处理系统电连接，所述能见度反演数据处理系统分别与存储器和液晶显示屏控制模块电连接，所述存储器与串行通信模块电连接，所述液晶显示屏控制模块与液晶显示屏4电连接，所述激光触发器按键3通过按键控制模块与激光触发器8电连接。
本实施例中，所述外部环境探测模块13包括GPS天线12、GPS模块24、温度传感器23、湿度传感器22、气压传感器21和倾角传感器20，所述GPS天线12与GPS模块24电连接，所述GPS模块24、温度传感器23、湿度传感器22、气压传感器21以及倾角传感器20均与A/D模数转换模块电连接。
本实施例中，所述望远镜19采用施密特-卡塞格林望远镜，所述电源控制器7包括电源开关5，参见图1，所述电源开关5位于所述外壳1的前侧表面。
本实施例中，参见图3，所述的施密特-卡塞格林望远镜19包括非球面施密特校正板19-1、球面副镜19-2、球面主镜19-3和准直透镜19-4。
本实施例中，参见图5，本发明的探测原理如下所示：按动激光触发器按键3，激光触发器按键3通过按键控制模块发送信号给激光触发器8，激光触发器8发送触发信号给激光器9，激光器9跟随触发信号的频率发射激光束，激光束经耦合器10耦合到收发一体同轴光纤束11并经过望远镜19发射；在传输过程中受到大气物质的散射和吸收，产生后向散射回波信号，望远镜19接收后向散射回波信号并通过收发一体同轴光纤束11发射光信号到第一聚焦透镜15，第一聚焦透镜15将光信号聚焦并通过窄带滤光片16去掉背景光，第二聚焦透镜17将窄带滤光片16处理后的光信号聚焦入射到光电探测器18的光敏面，光电探测器18将光信号转换为电信号并传送给A/D模数转换模块，湿度传感器22实时测量外部环境的相对湿度信息并发送相对湿度信息的信号到A/D模数转换模块，倾角传感器20实时测量大气能见度仪的倾斜角度并发送倾斜角度信号到A/D模数转换模块，A/D模数转换模块对信号进行模数转换并将数据存放到FIFO存储器，FIFO存储器将缓存数据输出到能见度反演数据处理系统，能见度反演数据处理系统根据外部环境的相对湿度的大小判断大气状况；能见度反演数据处理系统进行数据运算处理，计算得到能见度值，处理后的数据一路通过液晶显示屏控制模块发送到液晶显示屏4中从而完成实时显示，另一路存入存储器中。
GPS模块24通过GPS天线12实时检测当前位置，温度传感器23实时检测大气的温度，气压传感器21实时检测大气的气压；GPS模块24、温度传感器23和气压传感器21分别发送信号到A/D模数转换模块，A/D模数转换模块对信号进行模数转换并分别将位置数据、温度数据和气压数据存放到FIFO存储器，FIFO存储器将缓存数据输出到能见度反演数据处理系统，能见度反演数据处理系统发送位置数据、温度数据和气压数据到液晶显示屏控制模块，液晶显示屏4显示位置数据、温度数据和气压数据，能见度反演数据处理系统将位置数据、温度数据和气压数据存储到存储器内，该存储器中的数据可通过串行通信模块送入外部计算机进行更为全面复杂的数据分析处理。本实施例的液晶显示屏4显示的内容包括：经纬度信息、温度、湿度、气压、倾斜度、大气状况、电源6电量以及能见度值。
本发明还提出了一种多功能高精度大气能见度仪的能见度测量方法，具体包括以下步骤：
步骤1：湿度传感器22实时测量外部环境的相对湿度信息并发送相对湿度信息的信号到A/D模数转换模块，A/D模数转换模块对信号进行模数转换并将相对湿度信息存放到FIFO存储器，FIFO存储器将缓存数据输出到能见度反演数据处理系统，能见度反演数据处理系统根据外部环境的相对湿度的大小判断大气状况；本实施例中通过湿度传感器22测量环境的湿度情况，若相对湿度大于90％，则大气状况判断为雾；若相对湿度小于90％大于80％，则大气状况判断为雾霾混合；若相对湿度小于80％，则大气状况判断为霾。
步骤2：参见图6，倾角传感器20实时测量大气能见度仪的倾斜角度并发送倾斜角度信号到A/D模数转换模块，A/D模数转换模块对信号进行模数转换并将倾斜角度数据存放到FIFO存储器，FIFO存储器将缓存数据输出到能见度反演数据处理系统，能见度反演数据处理系统判断倾斜角度的大小，若倾斜角度小于5度，则能见度反演数据处理系统采用大气水平能见度的测量方法计算大气消光系数，否则，能见度反演数据处理系统采用大气斜程能见度的测量方法计算大气消光系数；
步骤3：根据步骤2计算的大气消光系数确定大气的能见度值；
步骤4：能见度反演数据处理系统将大气的能见度值和大气状况发送到液晶显示屏控制模块，液晶显示屏控制模块控制液晶显示屏4，液晶显示屏4显示大气的能见度值和大气状况，能见度反演数据处理系统将大气的能见度值和大气状况发送到存储器，存储器存储大气的能见度值和大气状况。
本实施例中，所述能见度反演数据处理系统采用大气水平能见度的测量方法计算大气消光系数具体包括以下步骤：
(a)采用激光雷达方程，获得距离校准对数函数：
s(r)＝ln[r2P(r)] (1)
其中P(r)为距离r处的激光雷达回波信号的功率。。
(b)计算大气的消光系数：
本实施例中，参见图7，所述能见度反演数据处理系统采用大气斜程能见度的测量方法获得大气消光系数具体包括以下步骤：
(a)能见度反演数据处理系统读取激光雷达回波信号P(r)，确定有效数据起点rs和有效数据终点rm；
(b)采用Collis斜率法处理rs到rm之间的回波信号，估算出测量路径上的消光系数σs，将估算的σs赋给σm；
(c)将消光系数σm的初值代入公式：
其中S1、S2分别为气溶胶的消光后向散射比和大气分子的消光后向散射比，P(r)为探测距离r处回波信号的功率,σa(r)和σm(r)分别代表气溶胶和大气分子的消光系数,P(rm)为边界处的回波功率,σm(rm)为大气分子的消光系数边界值；
(d)结合美国标准大气分子消光模式和气溶胶粒子的消光模式，通过公式(3)计算出路径上各点r的消光系数，计算有效测量路径rs到rm之间的平均消光系数σavg；
其中美国标准大气分子消光模式和气溶胶粒子的消光模式分别由式(4)和式(5)表示：
(e)参见图7，通过σavg与σm做差值确定误差，若误差大于等于设定的迭代误差∈，将σavg赋值给σm并通过公式(3)重新进行迭代，直到计算出的有效测量路径rs到rm之间的平均消光系数σavg与σm之间的误差小于设定的迭代误差为止；若误差小于设定的迭代误差∈，则输出σavg作为测量路径上大气的平均消光系数σ。
本实施例中，所述根据步骤2计算的大气消光系数确定大气的能见度值具体包括以下步骤：
(a)构建消光系数与能见度之间数学模型；
其中a、b、c为修正系数，V为能见度值，σ为消光系数；
(b)测量当地大气实际的消光系数和能见度值，带入公式(6)，求出a、b和c；
(c)将步骤2计算的大气消光系数带入公式(6)，求出能见度值且该能见度值为大气能见度仪测量的能见度值。
本发明利用全光纤结构、小型化望远镜19以及高速的FPGA数据处理与控制系统，有效提高了能见度仪的紧凑性和稳定性，并利用光学同轴收发一体化的设计，消除了几何重叠因子的影响。本发明集成了湿度、气压、温度等传感器，实现了测量仪器的多功能化，并针对这些传感器测量的结果，进行了大气情况的判断。本发明通过倾角传感器20，进行倾斜角度判断，可以实现水平方向和斜程方向的能见度测量。针对斜程方向，大气分布不均匀的情况，提出了Collis与Fernald相结合的迭代算法，此迭代算法可以克服Collis、Klett等方法的局限性，更为快速稳定准确地反演大气能见度信息。本发明构建了关于能见度求解的数学模型，获得了能见度与消光系数更为准确的关系，有效地减少了计算误差。本发明的大气能见度仪体积小、重量轻、低成本和高精度。
本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种多功能高精度大气能见度仪，其特征在于：包括外壳，所述外壳的内部设有电源、电源控制器、望远镜、激光触发器、激光器、耦合器、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜、窄带滤光片、FPGA核心控制与数据处理模块、光电探测器和外部环境探测模块，所述外壳的右侧表面设有安装孔，所述望远镜的镜头固定在外壳的安装孔内，所述外壳的前侧表面设有激光触发器按键和液晶显示屏，所述电源通过电源控制器分别与所述激光触发器、激光器、光电探测器、FPGA核心控制与数据处理模块、外部环境探测模块和液晶显示屏电连接，所述激光触发器按键和FPGA核心控制与数据处理模块电连接，所述FPGA核心控制与数据处理模块和激光触发器电连接，所述激光触发器和激光器电连接且激光器用于产生激光束并发射激光束到耦合器，所述耦合器的焦点处设置有收发一体同轴光纤束的发射端，所述收发一体同轴光纤束的公共端位于望远镜的焦点处，所述收发一体同轴光纤束的接收端位于第一聚焦透镜的焦点处，所述窄带滤光片安装在第一聚焦透镜和第二聚焦透镜之间，所述第二聚焦透镜安装在窄带滤光片和光电探测器之间，所述光电探测器和FPGA核心控制与数据处理模块电连接，所述外部环境探测模块和FPGA核心控制与数据处理模块电连接，所述FPGA核心控制与数据处理模块和液晶显示屏电连接。
2.根据权利要求1所述的多功能高精度大气能见度仪，其特征在于：所述FPGA核心控制与数据处理模块包括A/D模数转换模块、FIFO存储器、能见度反演数据处理系统、液晶显示屏控制模块、按键控制模块、存储器和串行通信模块，所述A/D模数转换模块分别与外部环境探测模块和FIFO存储器电连接，所述FIFO存储器与能见度反演数据处理系统电连接，所述能见度反演数据处理系统分别与存储器和液晶显示屏控制模块电连接，所述存储器与串行通信模块电连接，所述液晶显示屏控制模块与液晶显示屏电连接，所述激光触发器按键通过按键控制模块与激光触发器电连接。
3.根据权利要求2所述的多功能高精度大气能见度仪，其特征在于：所述外部环境探测模块包括GPS天线、GPS模块、温度传感器、湿度传感器、气压传感器和倾角传感器，所述GPS天线与GPS模块电连接，所述GPS模块、温度传感器、湿度传感器、气压传感器以及倾角传感器均与A/D模数转换模块电连接。
4.根据权利要求1所述的多功能高精度大气能见度仪，其特征在于：所述望远镜采用施密特-卡塞格林望远镜，所述电源控制器包括电源开关，所述电源开关位于所述外壳的前侧表面。
5.根据权利要求4所述的多功能高精度大气能见度仪，其特征在于：所述的施密特-卡塞格林望远镜包括非球面施密特校正板、球面副镜、球面主镜和准直透镜。
6.一种基于权利要求3所述的多功能高精度大气能见度仪的能见度测量方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤1：湿度传感器实时测量外部环境的相对湿度信息并发送相对湿度信息的信号到A/D模数转换模块，A/D模数转换模块对信号进行模数转换并将相对湿度信息存放到FIFO存储器，FIFO存储器将缓存数据输出到能见度反演数据处理系统，能见度反演数据处理系统根据外部环境的相对湿度的大小判断大气状况；
步骤2：倾角传感器实时测量大气能见度仪的倾斜角度并发送倾斜角度信号到A/D模数转换模块，A/D模数转换模块对信号进行模数转换并将倾斜角度数据存放到FIFO存储器，FIFO存储器将缓存数据输出到能见度反演数据处理系统，能见度反演数据处理系统判断倾斜角度的大小，若倾斜角度小于5度，则能见度反演数据处理系统采用大气水平能见度的测量方法计算大气消光系数，否则，能见度反演数据处理系统采用大气斜程能见度的测量方法计算大气消光系数；
步骤3：根据步骤2计算的大气消光系数确定大气的能见度值；
步骤4：能见度反演数据处理系统将大气的能见度值和大气状况发送到液晶显示屏控制模块，液晶显示屏控制模块控制液晶显示屏，液晶显示屏显示大气的能见度值和大气状况，能见度反演数据处理系统将大气的能见度值和大气状况发送到存储器，存储器存储大气的能见度值和大气状况。
7.根据权利要求6所述的多功能高精度大气能见度仪的能见度测量方法，其特征在于：所述能见度反演数据处理系统采用大气水平能见度的测量方法计算大气消光系数具体包括以下步骤：
(a)采用激光雷达方程，获得距离校准对数函数：
S(r)＝ln[r2P(r)] (1)
其中P(r)为距离r处的激光雷达回波信号的功率。
(b)计算大气的消光系数：
<mrow>
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<mn>2</mn>
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</mrow>
</mrow>
8.根据权利要求7所述的多功能高精度大气能见度仪的能见度测量方法，其特征在于：所述能见度反演数据处理系统采用大气斜程能见度的测量方法获得大气消光系数具体包括以下步骤：
(a)能见度反演数据处理系统读取激光雷达回波信号P(r)，确定有效数据起点rs和有效数据终点rm；
(b)采用Collis斜率法处理rs到rm之间的回波信号，估算出测量路径上的消光系数σs，将估算的σs赋给σm；
(c)将消光系数σm的初值代入公式：
<mrow>
<msub>
<mi>&sigma;</mi>
<mi>a</mi>
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<mo>(</mo>
<mn>3</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中S1、S2分别为气溶胶的消光后向散射比和大气分子的消光后向散射比,P(r)为探测距离r处回波信号的功率,σa(r)和σm(r)分别代表气溶胶和大气分子的消光系数,P(rm)为边界处的回波功率,σm(rm)为大气分子的消光系数边界值；
(d)通过公式(3)计算出路径上各点r的消光系数，计算有效测量路径rs到rm之间的平均消光系数σavg；
(e)通过σavg与σm做差值确定误差，若误差大于等于设定的迭代误差，将σavg赋值给σm并通过公式(3)重新进行迭代，直到计算出的有效测量路径rs到rm之间的平均消光系数σavg与σm之间的误差小于设定的迭代误差为止；若误差小于设定的迭代误差，则输出σavg作为测量路径上大气的平均消光系数σ。
9.根据权利要求6所述的多功能高精度大气能见度仪的能见度测量方法，其特征在于：所述根据步骤2计算的大气消光系数确定大气的能见度值具体包括以下步骤：
(a)构建消光系数与能见度之间数学模型；
<mrow>
<mi>V</mi>
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<mi>b</mi>
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<mo>-</mo>
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<mo>(</mo>
<mn>4</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中a、b、c为修正系数，V为能见度值，σ为消光系数；
(b)测量当地大气实际的消光系数和能见度值，带入公式(4)，求出a、b和c；
(c)将步骤2计算的大气消光系数带入公式(4)，求出能见度值且该能见度值为大气能见度仪测量的能见度值。
10.根据权利要求6所述的多功能高精度大气能见度仪的能见度测量方法，其特征在于：所述大气状况为雾、雾霾混合或霾。
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