考慮多次散射的激光大氣透射儀能見度測量系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及能見度探測技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種考慮多次散射的激光大氣透射儀能 見度測量系統(tǒng)及測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 大氣能見度是從目標(biāo)物能否被看到和辨認的角度，用距離描述大氣透明程度（或 渾濁程度）的物理量。國際民航組織（ICAO)對能見度給出的定義是：當(dāng)在明亮的背景下觀 測時，能夠看到和辨認出位于近地面的適當(dāng)尺寸的黑色目標(biāo)物的最大距離；在無光背景下， 能夠看到和辨認出光強為1K色溫左右的燈光的最大距離。國外自確立Koschmieder定律 后，就開始致力于能見度測量技術(shù)的研宄。透射儀是較早發(fā)明的能見度測量儀器，目前主要 應(yīng)用于機場的能見度自動觀測系統(tǒng)的RVR測量。
[0003] 早在20世紀(jì)80年代，國內(nèi)就對透射法測量能見度進行了研宄。長春氣象儀器研 宄所首先研制出透射式能見度儀一一TS型透射表，填補了國內(nèi)在該領(lǐng)域的空白。四川成都 虹岳科技有限公司研發(fā)了透射式能見度檢測儀HY-VT100及其他型號，相比國外同類產(chǎn)品， 該儀器價格適中、注重實用，在一些特定場合，比如隧道及一些公路得到了一定的應(yīng)用。透 射儀的工作原理是：基于樣本大氣的透過率測量，計算出大氣消光系數(shù)，反演得出大氣能見 度。透射法測能見度，無需對大氣作均勻假設(shè)，而是直接對大氣透過率進行探測。嚴格意義 上講，用透射法測量得到的大氣消光系數(shù)比散射法更為準(zhǔn)確。但是，在雨、霧等低能見度天 氣條件下，由于霧滴、雨滴粒子尺度遠遠大于探測激光波長，產(chǎn)生嚴重的多次散射現(xiàn)象，其 影響不容忽視。透射儀測量能見度時，到達接收機的光束包含原發(fā)射光束、單次散射光和多 次散射光。能見度測量原理比爾朗伯（Bouguer-Lambert)定律適用于僅考慮單次散射條件 的情況。低能見度條件下，多次散射現(xiàn)象嚴重，運用Bouguer-Lambert定律會引起較大誤 差。因此激光大氣透射儀測量能見度時需考慮多次散射。
[0004] 目前國內(nèi)外的的透射儀產(chǎn)品只是針對雜散光進行抑制，并未針對光源自身產(chǎn)生的 多次散射現(xiàn)象進行研宄。本發(fā)明給出了考慮多次散射的激光大氣透射儀能見度測量系統(tǒng)設(shè) 計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，本發(fā)明提供一種考慮多次散射的激光大氣透射儀能 見度測量系統(tǒng)，其可應(yīng)用于低能見度條件下，多次散射現(xiàn)象嚴重時，能見度、M0R以及RVR測 量，可降低低能見度時多次散射對能見度測量精度的影響。
[0006] 本發(fā)明還提供一種考慮多次散射的激光大氣透射儀能見度測量方法。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0008] 一種考慮多次散射的激光大氣透射儀能見度測量系統(tǒng)，其特征在于：包括發(fā)射機 單元和接收機單元，所述發(fā)射機單元主要由激光器和發(fā)射透鏡組成；所述接收機單元由兩 個以上接收機構(gòu)成，該兩個以上接收機的位置對應(yīng)于各自長度的基線，該兩個以上接收機 的各自長度的基線之間具有夾角；所述接收機主要由接收透鏡、可調(diào)節(jié)的視場光闌、透鏡、 帶通濾光鏡、聚光鏡和光學(xué)傳感器組成；所述發(fā)射機可在接收機的各自長度的基線夾角范 圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。
[0009] 而且，所述的接收機單元由第一接收機及第二接收機構(gòu)成，該兩臺接收機分別對 應(yīng)安裝于第一長度基線及第二長度基線，該第一長度基線及第二長度基線之間具有夾角。
[0010] 而且，所述的第一長度基線的長度為30m，所述第二長度基線的長度為75m。
[0011] 一種考慮多次散射的激光大氣透射儀能見度測量方法，其特征在于：包括如下步 驟：
[0012] (1).系統(tǒng)初始化：測量系統(tǒng)以初始基線長度u和接收機視場角0進行能見度測 量，得到初始能見度測量值％;
[0013] ⑵.選取基線長度：根據(jù)初始能見度測量值\所處的區(qū)間選擇合適的基線長度， 初始能見度測量值V/SOOm時采用30m基線的第一接收機進行二次測量，初始能見度測量 值％>50〇111時，采用75m基線的第二接收機進行二次測量；
[0014] ⑶.低能見度條件下進行接收機視場角調(diào)校：初始能見度測量值V/lSOOm時，需 考慮多次散射，初次測量時需對第一接收機或第二接收機的視場光闌的大小進行微調(diào)，以 調(diào)節(jié)接收機視場角的大小，使抑制多次散射的影響的效果達到最佳；
[0015] (4).初始能見度測量值VpiSOOm，系統(tǒng)測量可不考慮多次散射，無需進行視場角調(diào) 節(jié)，可直接進行能見度測量；
[0016] (5).步驟⑵、⑶、⑷的測量過程中，如所得能見度值有出現(xiàn)范圍變化，需重新選擇 基線長度。
[0017] 本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果為：
[0018] 1、本發(fā)明激光大氣透射儀能見度測量系統(tǒng)及測量方法，針對低能見度條件下的多 次散射現(xiàn)象對激光大氣透射儀測量能見度的影響進行了研宄，并對不同基線長度和接收機 視場角情況下的激光傳輸過程進行了仿真分析，從基線長度和接收機視場角兩個方面給出 了抑制多次散射影響的條件。
[0019] 2、本發(fā)明激光大氣透射儀能見度測量系統(tǒng)，包括具有不同基線的第一接收機及第 二接收機，分別適用于低能見度時及高能見度時的測量，并且兩臺接收機之間設(shè)置一定的 夾角，發(fā)射機具有可偏轉(zhuǎn)角度的功能，滿足一臺發(fā)射機與對臺接收機之間的配合使用；并且 每個接收機均按照有可調(diào)節(jié)的視場光闌，通過調(diào)節(jié)接收機視場角的大小，可抑制多次散射 的影響。
[0020] 3、本發(fā)明激光大氣透射儀能見度測量方法，其依據(jù)的原理為：由于低能見度時，多 次散射現(xiàn)象嚴重，因此選取短基線可減小多次散射影響；高能見度時，多次散射對能見度測 量影響較小，可忽略；而且，視場光闌縮小時，相應(yīng)的第一或第二接收機的視場角減小，接收 的多次散射光減少。本發(fā)明中當(dāng)初始能見度測量值V/SOOm時采用30m基線的第一接收機 進行二次測量，初始能見度測量值LMOOm時，采用75m基線的第二接收機進行二次測量， 而且，初始能見度測量值％〈 1500m時，測量系統(tǒng)在考慮多次散射模式下工作，需調(diào)節(jié)第一接 收機或第二接收機的視場光闌的大小，以調(diào)節(jié)接收機視場角的大?。ㄒ晥鼋堑拇笮「鶕?jù)可 抑制多次散射的理論值進行調(diào)節(jié)，仿真結(jié)果給出視場角為lmrad時，對多次散射影響的抑 制效果較好），抑制多次散射的影響。
[0021] 4、本發(fā)明的激光大氣透射儀能見度測量系統(tǒng)及測量方法，設(shè)計了一個考慮多散射 的激光大氣透射儀能見度觀測系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠根據(jù)當(dāng)前能見度，實現(xiàn)透射儀基線長度和 接收機視場角的智能調(diào)節(jié)，能夠有效的抑制低能見度時多次散射的影響，減小低能見度時， 由多次散射引起的測量誤差。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明的激光大氣透射儀能見度測量系統(tǒng)的示意圖；
[0023] 圖2為本發(fā)明中的接收機結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 附圖標(biāo)記說明
[0025] 1-發(fā)射機單元、2-第一接收機、3-第二接收機、4-發(fā)射機激光發(fā)散角、5-接收機視 場角、6-兩基線之間的夾角、7-第一長度基線、8-第二長度基線、9-接收透鏡、10-視場光闌 (可調(diào)）、11-透鏡、12-帶通濾光鏡、13-聚光鏡、14-光學(xué)傳感器。
【具體實施方式】
[0026] 下面通過具體實施例對本發(fā)明作進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限 定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍。
[0027] 一種考慮多次散射的激光大氣透射儀能見度測量系統(tǒng)，包括發(fā)射機單元和接收機 單元，所述發(fā)射機單元1主要由激光器和發(fā)射透鏡組成；所述接收機單元由兩個以上接收 機構(gòu)成，該兩個以上接收機的位置對應(yīng)于各自長度的基線，該兩個以上接收機的各自長度 的基線之間具有夾角；所述接收機主要由接收透鏡9、可調(diào)