CN114280691A - 一种光子数的绝对标定方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光子数的绝对标定方法及系统，方法包括使用能量计测量激光器出射单个激光脉冲的光子数A；激光器发射一束激光脉冲进入大气，经过大气的散射后进入望远镜阵列中的一台望远镜，转化为数字信号B；在刚刚下雪后的晴朗天气或无下雪情况的天气下，重复上述步骤，得到望远镜绝对增益G，获得无下雪天气状况下的激光器出射和到达望远镜入口处光子数比例fi；对于望远镜阵列的其它望远镜，重复上述步骤，得到激光器出射和到达所有望远镜入口处的光子数比例；通过散射进入不同望远镜视场范围的比例系数，求解出大气对光子的衰减比例g1；最后，获得实际产生的切伦科夫光子数。本发明更加准确，拥有单色性好的优点。

Description

一种光子数的绝对标定方法及系统

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，尤其涉及一种光子数的绝对标定方法及系统。

背景技术

高海拔宇宙线观测站(LHAASO)是以宇宙线观测研究为核心的国家重大科技基础设施，其核心科学目标是研究银河系内外宇宙线的起源、加速和传播机制，黑洞、中子星等致密天体高能物理过程，暗物质粒子的寻找及新物理的发现。广角切伦科夫望远镜阵列(WFCTA) 是其四种主要探测器之一，主要物理目标是通过阶段性阵列布局，多参数、分能段精确测量30TeV-1EeV的宇宙线单成份能谱。其测量宇宙线能谱主要是对探测到的光子数进行计算得到，因此需要对望远镜接收到的光子数进行绝对标定。

切伦科夫光在传播过程中受到空气分子的散射(瑞利散射)及气溶胶散射(米散射)而损失部分光，由于瑞利散射损失的光是可以通过严格的计算而得到，而气溶胶散射损失的光必须经过实际测量才能估算，因此必须对站区附近大气质量进行实时监测，从而对观测数据进行有效筛选和修正，提高数据质量并降低系统误差。目前，而对光子数进行绝对标定基本是使用简单的几何计算的方式来处理光子的传播过程，没有考虑到激光光束的光斑，发散度等性能参数的影响；并且使用的设备通常为普通光源+滤波片，单色性能较差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种光子数的绝对标定方法及系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种光子数的绝对标定方法，包括以下步骤：

步骤1：使用能量计测量激光器出射单个激光脉冲的光子数A；

步骤2：激光器发射一束激光脉冲进入大气，经过大气的散射后进入望远镜阵列中的一台望远镜，转化为数字信号B；

步骤3：在刚刚下雪后的晴朗天气下，重复步骤2；然后，通过激光器出射和到达望远镜入口处的光子数比例f0，得到望远镜绝对增益G；

步骤4：在无下雪情况的天气下，重复步骤2；根据激光脉冲光子数A，望远镜数字信号 B，以及望远镜绝对增益G，获得无下雪天气状况下的激光器出射和到达望远镜入口处光子数比例fi，即激光脉冲光子散射进入该望远镜视场范围的比例系数；

步骤5：对于望远镜阵列的其它望远镜，重复步骤2、3和4；得到激光器出射和到达所有望远镜入口处的光子数比例；

步骤6：通过步骤5得到散射进入不同望远镜视场范围的比例系数，求解出大气对光子的衰减比例g1；

步骤7：对于望远镜观测到的宇宙线产生的切伦科夫光子，若望远镜接收到的切伦科夫光的数字信号为B0，则实际产生的切伦科夫光子数为B0/G/g1。

进一步的，所述步骤3中的光子数比例f0通过蒙特卡洛模拟的方法计算获得；所述望远镜绝对增益G＝(A/f0)/B。

进一步的，所述望远镜绝对增益G表示单位数字信号对应的进入望远镜的光子数，且G 不随天气变化，是一个常数。

进一步的，所述蒙特卡洛模拟计算光子数比例f0的具体过程为：所述蒙特卡洛模拟计算光子数比例f0的具体过程为：根据实验室测量的单个激光脉冲能量计算出总光子数，并根据激光的光斑大小和发散度参数模拟产生相同数量，相同方向分布的激光光子；然后，再模拟这些光子在大气中的直线传播以及与大气分子和气溶胶粒子的散射过程，以及散射后的光子的直线传播过程；最后统计进入望远镜入口处的光子总数，除以产生的光子总数即为光子数比例f0。

进一步的，所述无下雪天气状况下的激光器出射和到达望远镜入口处光子数比例fi＝A/(B/G)，fi包含两部分的贡献，一是光子在大气中传播的衰减比例g1，二是散射进入望远镜视场范围的概率g2。

进一步的，还包括测量观测站点的气溶胶的散射系数以及垂直分布的步骤；所述测量观测站点的气溶胶的散射系数以及垂直分布的步骤具体为：通过测量不同散射角进入样机的散射光强度来测量气溶胶在水平面附近的消光系数随散射角的分布，获得气溶胶的Mie散射系数随散射角的变化；通过不同发射仰角的观测数据来测量气溶胶在垂直方向的分布。

进一步的，一种光子数的绝对标定系统，包括激光器光子数测量模块、望远镜光子数测量模块、标定模块和蒙特卡洛模拟模块；所述标定模块分别连接激光器光子数测量模块、望远镜光子数测量模块和蒙特卡洛模拟模块；所述蒙特卡洛模拟模块分别连接激光器光子数测量模块和望远镜光子数测量模块；

所述激光器光子数测量模块通过能量计测量激光器出射能量，并将数据发送至标定模块；

所述望远镜光子数测量模块采集进入每个望远镜的激光脉冲，并转化为数据信号发送至标定模块；

所述蒙特卡洛模拟模块对通过蒙特卡洛模拟的方法计算激光器出射和到达望远镜入口处的光子数的比例；

所述标定模块根据蒙特卡洛模拟模块求得的激光器出射和到达望远镜入口处的光子数的比例，得到望远镜的绝对增益G；进而得到激光器出射和到达所有望远镜入口处的光子数比例，并获得大气对光子的衰减比例g1；最后根据望远镜的绝对增益G、大气对光子的衰减比例g1以及望远镜观测到的宇宙线产生的切伦科夫光子B0，获得实际产生的切伦科夫光子数 C＝B0/G/g1。

本发明的有益效果：

1.本发明对整个激光器-大气-望远镜阵列的系统进行蒙特卡洛模拟，考虑了激光光束的各种性能参数，计算结果会更加准确；而之前的方法基本是使用简单的几何计算的方式来处理光子的传播过程，没有考虑到激光光束的光斑，发散度等性能参数的影响。

2.本发明使用激光器作为光源，拥有单色性好的优点，而之前的方法往往使用普通光源 +滤波片，单色性能更差一些；由于大气对光子的衰减和散射过程对光子的波长非常敏感，保证了测量结果的准确性；同时该结果能更好地用于其它实验，减小了光源波长的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本发明的方法流程图。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例中，如图1所示，一种光子数的绝对标定系统，包括以下步骤：

步骤1：使用能量计测量激光器出射单个激光脉冲的光子数A；

步骤2：激光器发射一束激光脉冲进入大气，经过大气的散射后进入望远镜阵列中的一台望远镜，转化为数字信号B；

步骤3：在刚刚下雪后的晴朗天气下，重复步骤2；然后，通过激光器出射和到达望远镜入口处的光子数比例f0，得到望远镜绝对增益G；

步骤4：在无下雪情况的天气下，重复步骤2；根据激光脉冲光子数A，望远镜数字信号 B，以及望远镜绝对增益G，获得无下雪天气状况下的激光器出射和到达望远镜入口处光子数比例fi，即激光脉冲光子散射进入该望远镜视场范围的比例系数；

步骤5：对于望远镜阵列的其它望远镜，重复步骤2、3和4；得到激光器出射和到达所有望远镜入口处的光子数比例；

步骤6：由于大气对光子的衰减是散射到不同立体角范围的比例的积分。通过步骤5得到散射进入不同望远镜视场范围的比例系数，求解出大气对光子的衰减比例g1；

步骤7：对于望远镜观测到的宇宙线产生的切伦科夫光子，设数字信号为B0，B0可通过望远镜接收到的切伦科夫光的数字信号获得，则实际产生的切伦科夫光子数为B0/G/g1。这样就求得了宇宙线在大气中产生的切伦科夫光子数。

在本实施中，步骤6中通过步骤5得到散射进入不同望远镜视场范围的比例系数，它包含两部分的贡献，一是光子在大气中传播的衰减比例g1，二是散射进入望远镜视场范围的概率g2。首先选取低仰角的数据，此时传播距离短，几乎没有衰减，g1几乎等于1，步骤5测量的是g2。g2由两部分贡献：一是大气分子对激光光子进行瑞利散射而进入望远镜视场，由于大气分子密度和瑞利散射截面均已知，这一部分贡献可以解析计算。另一部分是大气中的气溶胶粒子对激光光子进行米散射而进入望远镜视场。g2扣除大气分子的瑞利散射贡献，就是气溶胶的米散射贡献。由于气溶胶散射的光子数比例正比于气溶胶的密度，这可以测量出气溶胶的密度。综合大气分子和气溶胶粒子的密度和散射截面模型就能求解出大气对光子的衰减比例g1：

其中，步骤3中的光子数比例f0通过蒙特卡洛模拟的方法计算获得；所述望远镜绝对增益G＝(A/f0)/B。

其中，望远镜绝对增益G表示单位数字信号对应的进入望远镜的光子数，且G不随天气变化，是一个常数。

其中，蒙特卡洛模拟计算光子数比例f0的具体过程为：通过模拟光子的产生、在大气中的传播以及在望远镜的接收过程；首先，根据实验室测量的单个激光脉冲能量计算出总光子数，并根据激光的光斑大小和发散度参数模拟产生相同数量，相同方向分布的激光光子；然后，再模拟这些光子在大气中的直线传播以及与大气分子和气溶胶粒子的散射过程，以及散射后的光子的直线传播过程；最后统计进入望远镜入口处的光子总数，除以产生的光子总数即为光子数比例f0。

其中，所述无下雪天气状况下的激光器出射和到达望远镜入口处光子数比例fi＝A/(B/G)，fi包含两部分的贡献，一是光子在大气中传播的衰减比例g1，二是散射进入望远镜视场范围的概率g2。

进一步的，还包括测量观测站点的气溶胶的散射系数以及垂直分布的步骤；所述测量观测站点的气溶胶的散射系数以及垂直分布的步骤具体为：通过测量不同散射角进入样机的散射光强度来测量气溶胶在水平面附近的消光系数随散射角的分布，获得气溶胶的Mie散射系数随散射角的变化；我们共发射了相同方位角下的(方位角方向指向望远镜样机)，仰角从 5度到85度(两两相隔5度)的不同发射仰角的观测数据来测量气溶胶在垂直方向的分布。

(1)激光器发射激光，望远镜样机(样机的仰角约为5度)接收激光的散射光。不同发射角度的激光在大气中的散射角不同，并且散射角覆盖从0度到180度的范围。通过测量不同散射角进入样机的散射光强度来测量气溶胶在水平面附近的消光系数随散射角的分布。

假定激光器发射的单个脉冲的光子数为N₀，在空气中发生散射后进入望远镜样机的光子数为N，然后经过样机中硅光电倍增管(SiPM)的响应后，得到电子学数字信号ADC，则ADC与发射光子数N的关系式为：

ADC＝Gain*N＝N₀e^-τ(Gain*α_mie(θ，λ)Gain*α_rayleig(θ，λ))dLdΩ (1)

其中，Gain是望远镜的测量到的ADC与进入望远镜的光子数的比值，即望远镜的绝对增益，是需要标定的参数。τ是从发射与到达望远镜的传播过程中的总光深，α_mie是在散射位置处光子与气溶胶的Mie散射的散射系数，即Mie散射截面与气溶胶数密度的乘积，α_rayleigh是瑞利散射过程的该系数。dL是进入样机的散射光的散射区域的尺度，dΩ是望远镜样机相对于散射区域的立体角。假定空气分子的瑞利散射过程的贡献已知，通过测量不同散射角下 ADC的数值，则可以测量气溶胶的散射系数，以及它随散射角的分布。另外由于样机的仰角很小，发生散射的位置高度基本在100米以内，即只测量地表附近的气溶胶参数。

此处可以采用两种方法测量地表附近的气溶胶参数：

1.蒙特卡洛模拟；

通过蒙特卡洛模拟，模拟了大气分子的瑞利散射过程，ADC和发射光子数N₀的关系为：

对相同几何下观测数据和模拟数据的ADC值作商，由于发射光子数以及几何相同，N₀， dL和dΩ完全消去，则ADC的商表示为：

由于Mie散射在散射角很大时，远小于瑞利散射的贡献，即

趋近于0，此时ADC的商即为

将此结果带入方程(3)后可以得到：

其中指数函数部分是不同散射角的传播距离不同导致的光深变化效应，在Mie散射总的光深很小时，这一项可以忽略。所以通过观测数据和模拟数据的ADC比值可以测量气溶胶的 Mie散射系数随散射角的变化。

另一种测量气溶胶的方法是选取无气溶胶的某一天观测数据作为参考，通过和该参考观测数据做比较来测量气溶胶的参数。对于该参考观测数据，假设无气溶胶的贡献，则它的ADC 和发射光子数的关系同样有：

某天观测数据和该参考观测数据在相同发射角度下的ADC(ADC_ref)比值同样可以表示为：

可以用该比值来测量气溶胶的Mie散射系数随散射角的变化。

上述两种独立的方法测量气溶胶的散射系数，各有优缺点，蒙特卡洛模拟能确保只有空气分子瑞利散射过程，没有气溶胶以及薄云的贡献。但是发射角度的几何可能与真实几何有细微区别，另外某些过程的蒙特卡洛模拟可能不完美。选取雪后的观测数据作为参考的方法可以避免几何不同，模拟不完美等的影响(激光转台的重复精度很高)，但参考数据或许有部分非瑞利散射过程的贡献。通过比较两种方法的异同：如果结果在误差范围内相符，则可表明上述因素对结果的影响很小。

(2)激光器发射激光，用观测宇宙线的望远镜来接收激光的散射光。通过不同发射仰角的观测数据来测量气溶胶在垂直方向的分布。

激光的瑞利散射区域高度在3.5km以内，在此高度范围内瑞利散射系数基本不发生变化 (标高8.8km)，可以认为是常数。而气溶胶的散射系数在此高度范围内可能发生明显变化 (某些气溶胶模型的标高1.2km)，不同仰角的激光发生散射的高度不同，所以可以用不同仰角的激光数据来测量气溶胶的垂向分布。

使用蒙特卡洛模拟来测量气溶胶垂向的分布。首先假定不同高度处气溶胶成份相同，即不同高度处气溶胶的Mie散射系数随散射角的变化相同，只是绝对大小变化，即：

α_mie(θ，λ，h)＝α_mie(θ，λ)*g(h) (7)

的假定激光器发射的单个脉冲的光子数为N₀，在空气中发生散射后进入望远镜样机的光子数为N，经过望远镜的SiPM响应后的ADC数值和N₀的关系仍然可以用方程(1)来表示, 观测数据和相同几何时的蒙特卡洛模拟ADC的比值仍然用方程(3)来表示。则不同高度处的数据和模拟ADC比值的商可以表示为：

在此方程中瑞利散射已知，Mie散射的散射角分布已经通过前一个实验测量得到。所以通过不同高度处激光观测数据和模拟ADC比值的商来求解g(h)，即气溶胶的垂向分布。

一种光子数的绝对标定系统，包括激光器光子数测量模块、望远镜光子数测量模块、标定模块和蒙特卡洛模拟模块；所述标定模块分别连接激光器光子数测量模块、望远镜光子数测量模块和蒙特卡洛模拟模块；所述蒙特卡洛模拟模块分别连接激光器光子数测量模块和望远镜光子数测量模块；

所述激光器光子数测量模块通过能量计测量激光器出射能量，并将数据发送至标定模块；

所述望远镜光子数测量模块采集进入每个望远镜的激光脉冲，并转化为数据信号发送至标定模块；

所述蒙特卡洛模拟模块对通过蒙特卡洛模拟的方法计算激光器出射和到达望远镜入口处的光子数的比例；

所述标定模块根据蒙特卡洛模拟模块求得的激光器出射和到达望远镜入口处的光子数的比例，得到望远镜的绝对增益G；进而得到激光器出射和到达所有望远镜入口处的光子数比例，并获得大气对光子的衰减比例g1；最后根据望远镜的绝对增益G、大气对光子的衰减比例g1以及望远镜观测到的宇宙线产生的切伦科夫光子B0，获得实际产生的切伦科夫光子数 C＝B0/G/g1。

在本实施例中，能量计采用由Ophir制造的能量计，其能量计为使用面广的专业激光能量测量设备，包括能量计探头、连接线和显示程序等。在本实施例中采用的型号为PE25BF-C，软件版本为P50-DIF-C，光谱范围0.19-2.2微米，测量范围20uJ-2J，损伤阈值为1J/cm2@<100 ns(随脉宽增大，损伤阈值增大)。

在本实施例中，为了尽量减小气溶胶垂向分布以及云对绝对标定的影响，使用仰角为10 度的激光数据来对每台望远镜测量的光子数进行绝对标定。

望远镜光子数绝对定标的主要原理如下：已知能量、偏振等信息的激光脉冲在一定时间延迟下以特定角度从标定室向望远镜视场发出，持续一定时间，在大气中瑞利散射和米散射作用下，被散射的光子被望远镜收集到，通过对比到达反射镜的光电子数和被望远镜测量到的光电子数(已知)，即可标定望远镜收集到宇宙线产生的切伦科夫光或者荧光的光子数。

蒙特卡洛模拟模块，包括光子产生器、光子在大气中的传播过程、望远镜的模拟以及事例存储；

光子产生器：首先每个激光脉冲构成模拟的一个事例，氮分子激光器的单个激光脉冲能量约为170μJ，波长337nm，对应于2.8×1014个光子。YAG激光器的单个脉冲能量约为1.7mJ，波长355nm，对应于3.0×1015个光子。目前的计算机不能对每一个光子逐一模拟，对于每个激光脉冲，我们仅模拟散射后可能进入望远镜坐标以及视场范围内的光子，并计算这部分光子占总光子数的比例，这样得到可能进入望远镜的总光子数，并对这部分事例进行模拟。考虑到我们的计算资源的计算能力，让每个激光脉冲固定产生500万个光子，并对每个光子赋予一定的权重(要求对所有光子的权重求和后等于要模拟的事例数)。考虑到激光有光斑以及方向发散等问题，我们根据实验测量到的光斑分布以及发散度等参数对光子产生位置以及发射方向进行抽样，来模拟真实的激光光子出射情况。另外还考虑了出射光子的偏振特性。

光子在大气中的传播过程：首先对于大气分子，采用美国标准大气模型，它能给出任意海拔处的空气分子密度。但是也可设置其它大气模型，用于比较大气模型对结果的影响。另外程序中也植入了气溶胶模型，也可模拟气溶胶对激光数据的影响；此处仅模拟光子在大气中的散射损失，以及一次散射过程的影响。散射过程包括空气分子的瑞利散射和气溶胶的Mie 散射过程。另外在模拟过程中还考虑了光子偏振特性对散射过程的影响。

望远镜的模拟以及事例存储：在光子到达望远镜的高度处，如果它的x和y坐标在望远镜的坐标范围内，以及方向在望远镜的视场范围内，就开始调用望远镜的模拟程序，否则丢弃此光子。望远镜的模拟程序使用和宇宙线的望远镜模拟程序相同的版本。望远镜模拟程序的结果输出给存储程序模块。存储程序把模拟结果转换成真实观测数据的格式，并加上光子模拟的信息，比如产生的光子数，发射位置，发射方向，初始偏振状态等。最后存储成root 文件格式。

需要说明的是，对于前述的各个方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和单元并不一定是本申请所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、 ROM、RAM等。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种光子数的绝对标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：使用能量计测量激光器出射单个激光脉冲的光子数A；

步骤2：激光器发射一束激光脉冲进入大气，经过大气的散射后进入望远镜阵列中的一台望远镜，转化为数字信号B；

步骤3：在刚刚下雪后的晴朗天气下，重复步骤2；然后，通过激光器出射和到达望远镜入口处的光子数比例f0，得到望远镜绝对增益G；

步骤4：在无下雪情况的天气下，重复步骤2；根据激光脉冲光子数A，望远镜数字信号B，以及望远镜绝对增益G，获得无下雪天气状况下的激光器出射和到达望远镜入口处光子数比例fi，即激光脉冲光子散射进入该望远镜视场范围的比例系数；

步骤5：对于望远镜阵列的其它望远镜，重复步骤2、3和4；得到激光器出射和到达所有望远镜入口处的光子数比例；

步骤6：通过步骤5得到散射进入不同望远镜视场范围的比例系数，求解出大气对光子的衰减比例g1；

步骤7：对于望远镜观测到的宇宙线产生的切伦科夫光子，若望远镜接收到的切伦科夫光的数字信号为B0，则实际产生的切伦科夫光子数为B0/G/g1。

2.根据权利要求1所述的一种光子数的绝对标定方法，其特征在于，所述步骤3中的光子数比例f0通过蒙特卡洛模拟的方法计算获得；所述望远镜绝对增益G=（A/f0）/B。

3.根据权利要求2所述的一种光子数的绝对标定方法，其特征在于，所述望远镜绝对增益G表示单位数字信号对应的进入望远镜的光子数，且G不随天气变化，是一个常数。

4.根据权利要求2所述的一种光子数的绝对标定方法，其特征在于，所述蒙特卡洛模拟计算光子数比例f0的具体过程为：根据实验室测量的单个激光脉冲能量计算出总光子数，并根据激光的光斑大小和发散度参数模拟产生相同数量，相同方向分布的激光光子；然后，再模拟这些光子在大气中的直线传播以及与大气分子和气溶胶粒子的散射过程，以及散射后的光子的直线传播过程；最后统计进入望远镜入口处的光子总数，除以产生的光子总数即为光子数比例f0。

5.根据权利要求1所述的一种光子数的绝对标定方法，其特征在于，所述无下雪天气状况下的激光器出射和到达望远镜入口处光子数比例fi=A/(B/G)，fi包含两部分的贡献，一是光子在大气中传播的衰减比例g1，二是散射进入望远镜视场范围的概率g2。

6.根据权利要求1所述的一种光子数的绝对标定方法，其特征在于，还包括测量观测站点的气溶胶的散射系数以及垂直分布的步骤；所述测量观测站点的气溶胶的散射系数以及垂直分布的步骤具体为：通过测量不同散射角进入样机的散射光强度来测量气溶胶在水平面附近的消光系数随散射角的分布，获得气溶胶的Mie散射系数随散射角的变化；通过不同发射仰角的观测数据来测量气溶胶在垂直方向的分布。

7.一种光子数的绝对标定系统，其特征在于，包括激光器光子数测量模块、望远镜光子数测量模块、标定模块和蒙特卡洛模拟模块；所述标定模块分别连接激光器光子数测量模块、望远镜光子数测量模块和蒙特卡洛模拟模块；所述蒙特卡洛模拟模块分别连接激光器光子数测量模块和望远镜光子数测量模块；

所述激光器光子数测量模块通过能量计测量激光器出射能量，并将数据发送至标定模块；

所述望远镜光子数测量模块采集进入每个望远镜的激光脉冲，并转化为数据信号发送至标定模块；

所述蒙特卡洛模拟模块对通过蒙特卡洛模拟的方法计算激光器出射和到达望远镜入口处的光子数的比例；

所述标定模块根据蒙特卡洛模拟模块求得的激光器出射和到达望远镜入口处的光子数的比例，得到望远镜的绝对增益G；进而得到激光器出射和到达所有望远镜入口处的光子数比例，并获得大气对光子的衰减比例g1；最后根据望远镜的绝对增益G、大气对光子的衰减比例g1以及望远镜观测到的宇宙线产生的切伦科夫光子B0，获得实际产生的切伦科夫光子数C=B0/G/g1。

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