大气能见度测量及反演算法研究

发布时间：2020-04-15 12:58

【摘要】：能见度是指视力正常的人在当时特定的天气条件下,人眼从背景中所能识别出物体的最大水平距离。长期以来我国在可见光能见度的测量技术上日趋成熟,而基于红外成像原理大气能见度测量技术的研究鲜有报道。迫于红外光电工程应用的需求,本文在大气能见度定义的基础上,研制一套红外成像激光雷达大气能见度的测量系统。本人开展的主要工作是对该测量系统的控制部分进行了设计,并且编写了一套控制软件。本文在成像激光雷达图片处理中引入了移位相减法和小波新阈值去噪算法。与传统背景扣除法相比移位相减法有效降低了激光光柱的杂点,经过新阈值降噪处理后MIE散射激光雷达和成像激光雷达反演结果与能见度仪测量结果的相关性分别提高了6.2%和8%。实验结果表明红外成像激光雷达的测量结果与能见度仪的测量结果两者的相关性系数达80%以上。最后对沿海地区大气能见度测量结果进行了分析,并利用三种反演模型对广州茂名地区大气能见度进行了反演研究。实验表明三种模型反演的结果与测量结果具有较好的相关性,相关系数均达87%以上。统计分析表明支持向量机和非线性回归模型反演值与实测数据相比相对误差绝对值均在0.35以下,且基于支持向量机的反演结果与实测结果更吻合,即支持向量机所建模型为三种模型的最优模型。
【图文】：

红外能,测量系统

２．２红外成像激光雷达系统介绍逡逑红外成像激光雷达大气能见度测量系统主要由脉冲激光发射部分、准直镜、逡逑滤光片、以及光信号接收部分构成，系统结构如图２．１【２３］。图中Ｄ为激光器距红逡逑外相机的垂直距离，本文中我们设定该距离为３．邋８米，理论计算该距离越远会使逡逑得距离分辨率越高，但是经过试测发现超过３．邋８米之后，，红外相机获取的激光光逡逑柱图片非常微弱，不利于信号光的提取。逡逑ｌａｓｅｒ邋ｂｅａｍ逡逑ｄｚＴ逡逑［Ｉ逡逑图２．１红外能见度测量系统逡逑２．２．１激光发射部分逡逑本文中所使用的激光器为北京镭宝光电的一款Ｄａｗａ－２００的脉冲固体激光逡逑器，激光器冷却系统采用内循环蒸馏水冷却，外循环采用风冷方式。该款脉冲固逡逑体激光器要求最佳的工作环境温度为２５摄氏度，湿度不大于６０％，具体参数如逡逑表２．邋１所示。逡逑表邋２．１邋Ｄａｗａ－２００邋参数逡逑Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ逦Ｒａｎｇｅ逡逑Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ逦１０６４ｎｍ＞邋５３２ｎｍ邋Ｍｉｘｅｄ邋ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ逡逑Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ邋ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ逦ｌ－２０Ｈｚ逡逑８逡逑

光学接口,红外相机,实物

２．２红外成像激光雷达系统介绍逡逑红外成像激光雷达大气能见度测量系统主要由脉冲激光发射部分、准直镜、逡逑滤光片、以及光信号接收部分构成，系统结构如图２．１【２３］。图中Ｄ为激光器距红逡逑外相机的垂直距离，本文中我们设定该距离为３．邋８米，理论计算该距离越远会使逡逑得距离分辨率越高，但是经过试测发现超过３．邋８米之后，红外相机获取的激光光逡逑柱图片非常微弱，不利于信号光的提取。逡逑ｌａｓｅｒ邋ｂｅａｍ逡逑ｄｚＴ逡逑［Ｉ逡逑图２．１红外能见度测量系统逡逑２．２．１激光发射部分逡逑本文中所使用的激光器为北京镭宝光电的一款Ｄａｗａ－２００的脉冲固体激光逡逑器，激光器冷却系统采用内循环蒸馏水冷却，外循环采用风冷方式。该款脉冲固逡逑体激光器要求最佳的工作环境温度为２５摄氏度，湿度不大于６０％，具体参数如逡逑表２．邋１所示。逡逑表邋２．１邋Ｄａｗａ－２００邋参数逡逑Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ逦Ｒａｎｇｅ逡逑Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ逦１０６４ｎｍ＞邋５３２ｎｍ邋Ｍｉｘｅｄ邋ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ逡逑Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ邋ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ逦ｌ－２０Ｈｚ逡逑８逡逑
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P427.2

【参考文献】