(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211372886.3 (22)申请日 2022.11.04 (71)申请人 山东科技大 学 地址 266590 山东省青岛市黄岛区前湾港 路579号 (72)发明人 杜立彬　尚志伟　孟祥谦　袁一博　 刘杰　陈浩　王立伟　崔童　 (74)专利代理 机构 青岛智地领创专利代理有限 公司 37252 专利代理师 王鸣鹤 (51)Int.Cl. G01N 15/00(2006.01) G01S 17/95(2006.01) G06K 9/62(2022.01) (54)发明名称 一种基于激光雷达测量的气溶胶分类方法 (57)摘要 本发明公开一种基于激光雷达测量的气溶 胶分类方法， 属于激光雷达测量技术领域， 用于 对气溶胶的分类， 包括： 对大气层高度进行分层 形成多个高度层列； 根据激光雷达系统采集装置 的设定采样率确定激光雷达的分辨率， 对分割好 的每个高度层列的大气雷达信号进行单独存储； 对每个高度层列的激光雷达方程， 利用多波长雷 达的拉曼通道和米散射通道， 联立每个空间分辨 率下的激光雷达方程， 联立求解得后向散射系数 和消光系数； 选取数据库的标准参量， 将六种粒 子的标准向量列出； 运用余弦相似度算法计算观 测向量与六种气溶胶标准参量的相似度， 并得到 最大值； 将该最大值对应的高度层气溶胶种类归 类为相似度值 最大的气溶胶。 权利要求书3页 说明书7页 附图2页 CN 115524264 A 2022.12.27 CN 115524264 A 1.一种基于 激光雷达测量的气溶胶分类方法， 其特 征在于， 包括： S1.对大气层高度进行分层形成多个高度层列， 0 ‑4km高度每200m一层， 4 ‑8km高度每 500m一层， 每层高度假定气溶胶均匀分布； S2.根据激光雷达系统采集装置的设定采样率确定激光雷达的分辨率， 对分割好的每 个高度层列的大气雷达信号进行 单独存储； S3.对每个 高度层列的激光雷达方程， 利用多波长雷达的拉曼通道和米散射通道， 联立 每个空间分辨率下的激光雷达方程， 联立求解得355nm和532nm波长对应位置的后向散射系 数β 和消光系数α； S4.利用正则化方法对每个分辨率高度上的粒子谱分布进行反演， 利用得到的粒子谱 反推激光雷达比， 并通过迭代算法将LR误差降低至合理区间之内， 得到对应的1064nm波长 的后向散射系数； S5.计算参数LR355、 LR532、 kβ(355， 532)、 kβ(355， 1064)、 kβ(532， 1064)、 kα(532， 1064)、 CR （532/355） 和 δ532， 并将这些参数设置为一个8维向量， 用该8维向量表示该层大气的气溶 胶光学参数； LR355 是355nm波长的激光雷达比， LR532 是532nm波长的激光雷达比， kβ(355， 532)是355nm和532nm波长下的埃指数后向散射比， kβ(355， 1064)是355nm和1064nm波长下 的埃指数后向散射比， kβ(532， 1064)是532nm和1064nm波长下的埃指数后向散射比， kα (532， 1064)是532n m和1064n m波长下的埃指数消光比， CR(532 /355)是532n m和355nm波长下 的色比， δ532 是532nm波长下的退偏比； S6.选取数据库的标准 参量， 将六种粒子的标准向量x列出； S7.运用余弦相似度算法计算观测向量与六种气溶胶标准参量的相似度， 并得到最大 值； S8.将该最大值对应的高度层气溶胶种类归类为相似度值 最大的气溶胶。 2.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达测量的气溶胶分类方法， 其特征在于， 所述 拉曼通道对应的氮气拉曼散射激光雷达方程如下 所示： ； 米散射通道对应的米散射激光雷达方程如下 所示： ； 式中， 表示激光雷达系统发射的 波长的激光在 高度处的氮气拉曼散射后 向散射的信号的能量大小， 表示激光雷达系统发射的 波长的激光在 高度处的米 散射后向散射的信号的能量大小， 表示高度， 表示米散射通道的系统常数， 表示拉曼 通道的系统常数， (r)表示在 高度处的激光氮气分子的拉曼效应的后向散射系数， 表 示积分当中位于 高度区间内的中间变量， 亦指代高度， 表示发射波长为 的激光对应 高度的气溶胶消光系数，  表示发射波长为 的激光对应 高度的大权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115524264 A 2气分子消光系数， 表示发射波长 对应的氮气拉曼散射 的激光对应 高度 的气溶胶消光系数，  表示发射波长 对应的氮气拉曼散射 的激光对应 高 度的大气分子消光系数， 表示发射波长为 的激光对应 高度的气溶胶后向散射 系数， 表示发射波长为 的激光对应 高度的大气分子后向散射系数。 3.根据权利要求2所述的一种基于激光雷达测量的气溶胶分类方法， 其特征在于， 对拉 曼散射激光雷达方程进行 取对数和求 导， 直接获得气溶胶的消光系数 ： ； 式中， 表示在 高度处的氮气分子数密度； 根据经验值选择对流层上部高度 处的气溶胶粒子浓度为0， 可推导出气溶胶的后向散 射系数 ： ； 联立得到气溶胶的消光系数 和后向散射系数 ， 并得到激光雷达比 LR， ， 为发射波长 高度 对应的LR； 通过上述过程， 得到355nm波长的不同高度处的消光系数 、 后向散射系数 、 激光雷达比 和532nm波长的不同高度处的消光系数 、 后向 散射系数 、 激光雷达比 。 4.根据权利要求3所述的一种基于激光雷达测量的气溶胶分类方法， 其特征在于， 1064nm波长的后向散射系数β 使用米散射计算公式进行计算， 使用Tikhonov正则化反演粒 子谱分布， 根据算得的粒子谱分布通过米散射理论计算出新的LR， 并将计算得到的新LR同 先前假设 的LR进行迭代计算， 直至误差小于3%即可认为所得LR为理想LR， 通过该理想LR计 算得到10 64nm下的后向散射系数。 5.根据权利要求4所述的一种基于激光雷达测量的气溶胶分类方法， 其特征在于， 设定 对流层上层某高度 处无气溶胶， 8km以上的空间认为不存在气溶胶粒子， 每一层的高度都 认为只有一种气溶胶粒子种类， 得到28个剖面， 每 个剖面按照一种气溶胶参数进行计算； 将光学参数进行扩展， 包括埃指数消光比、 埃指数后向散射比、 色比、 退偏比：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115524264 A 3