一种基于多波长激光雷达反演气溶胶微物理特性的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110161532A(43)申请公布日2019.08.23(21)申请号201910464188.8(22)申请日2019.05.30(71)申请人浙江大学地址310013浙江省杭州市西湖区余杭塘路866号(72)发明人刘东张与鹏柯举张凯(74)专利代理机构杭州天勤知识产权代理有限公司33224代理人胡红娟(51)Int.Cl.G01S17/95(2006.01)G01N15/00(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称一种基于多波长激光雷达反演气溶胶微物理特性的方法(57)摘要本发明公开一种基于多波长激光雷达反演气溶胶微物理特性的方法，包括步骤：输入光学特性参数，对光学特性参数进行归一化处理得到与气溶胶负载无关的光学特性参数量；建立气溶胶的微物理特性参量与多波长光学特性参数之间相关联的查找表；计算输入光学特性参数与查找表中各个个体在光学特性域的距离，并仅保留K个具有最小距离的个体作为可行解的范围；根据MonteCarlo随机采样理论，按照概率采样生成NMC个不同的搜索执行顺序，并依次求解得到NMC个备选解；平均NMC个备选解，得到气溶胶微物理特性参数的最终反演结果。与现有技术相比，本发明无需额外的输入辅助判断信息，且执行效率高，可以满足激光雷达海量数据自动化处理的应用需求。CN110161532ACN110161532A权利要求书1/2页1.一种基于多波长激光雷达反演气溶胶微物理特性的方法，其特征在于，包括步骤：S1：输入多波长激光雷达探测气溶胶后得到的光学特性参数，包括后向散射系数和消光系数，对所述光学特性参数进行归一化处理，得到与气溶胶负载无关的N个光学特性参数；S2：建立气溶胶微物理特性参数与光学特性参数关联的查找表；S3：计算所述光学特性参数与查找表中各气溶胶个体#j在光学特性域的距离d#j，并仅保留K个具有最小距离的气溶胶个体作为可行解的范围；S4：根据MonteCarlo随机采样原理，按概率采样生成NMC个搜索执行顺序，在每个搜索执行顺序中，依次计算待反演个体与查找表中可行解的范围内气溶胶个体的距离，排除筛选后，取对于最后一个光学特性量有最小距离的气溶胶个体作为单次求解的备选解，共得到NMC个备选解；S5：计算各备选解对应的物理特性参数，其中数浓度、表面积浓度和体积浓度的公式如下：式中，和分别为第#p个备选解在查找表中对应数浓度为1cm-3时的表面积浓度和体积浓度；和分别为第#p个备选解的数浓度、表面积浓度和体积浓度，λi对应不同激光雷达探测波长，n和m分别为后向散射系数和消光系数的探测波长数量，β*和α*分别为输入个例对应的后向散射系数和消光系数，β#p和α#p分别为第#p个备选解在查找表中对应的后向散射系数和消光系数；平均NMC个备选解对应的物理特性参数，最终反演得到气溶胶微物理特性参数。2.如权利要求1所述的基于多波长激光雷达反演气溶胶微物理特性的方法，其特征在于，在步骤S1中，按下述方式对光学特性参数进行归一化处理得：Si,j＝α(λj)/β(λi)式中，i＝1,...,n,j＝1,...,m，β为后向散射系数和α为消光系数，n和m分别为后向散射系数和消光系数的探测波长数量。3.如权利要求1所述的基于多波长激光雷达反演气溶胶微物理特性的方法，其特征在于，所述步骤S2中，查找表中存储有对应数浓度为1cm-3时的气溶胶个体的多波长后向散射系数、消光系数、归一化后的光学特性参数及对应的气溶胶复折射率、有效粒径、表面积浓度、体积浓度；后向散射系数：β(λ)＝∫Kβ(r,λ,mr+imi)n(r)dr消光系数：α(λ)＝∫Kα(r,λ,mr+imi)n(r)dr32有效粒径：reff＝∫rn(r)dr/∫rn(r)dr2CN110161532A权利要求书2/2页2表面积浓度：st＝4π∫rn(r)dr3体积浓度：vt＝4π/3∫rn(r)dr式中，λ为对应的激光探测波长，r为气溶胶的粒径，n(r)为气溶胶粒子的粒径分布，Kβ和Kα分别为后向散射系数和消光系数的核函数，mr+imi为气溶胶复折射率，i为虚数单位，mr和mi分别为复折射率的实部和虚部。4.如权利要求1所述的基于多波长激光雷达反演气溶胶微物理特性的方法，其特征在于，所述步骤S3中，距离d#j的计算公式如下：#j*#j*d＝∑G∈Ω|(G-G)/G|式中，Ω为步骤S1中得到的N个光学特性参数集合，G*表示输入光学特性参数对应的归一化后的光学特性参数，G#j表示步骤S2中所构建查找表中第#j个个体的归一化后的光学特性参数。5.如权利要求1所述的基于多波长激光雷达反演气溶胶微物理特性的方法，其特征在于，所述步骤S4中，MonteCarlo随机采样的次数NMC