雙掃描激光雷達氣溶膠探測結果的不確定度分析及算法優(yōu)化.pdf

1、基于雙掃描激光雷達的氣溶膠探測方法可實現(xiàn)低層大氣水平非均勻氣溶膠光學特性的精細探測，它以掃描激光雷達為遙感探測工具，結合雙激光雷達相向交叉掃描探測工作模式，對交叉掃描區(qū)域進行坐標化和網(wǎng)格化處理，利用雙掃描激光雷達方程組求解消光系數(shù)和后向散射系數(shù)雙未知量，從而實現(xiàn)對同一區(qū)域近地表氣溶膠全視野剖面的交叉探測。
　　本文從影響雙掃描激光雷達氣溶膠探測結果的不確定度來源入手，分別分析了激光雷達系統(tǒng)配置和探測方法所引起的系統(tǒng)誤差，以及數(shù)據(jù)反

2、演算法對氣溶膠反演結果所產(chǎn)生的不確定度，重點針對反演算法中的不確定度幵展算法優(yōu)化研究。針對網(wǎng)格分辨率對數(shù)據(jù)反演精度的影響，綜合考慮像素單元要素和光斑直徑，提出優(yōu)化方案確定合理的網(wǎng)格分辨率參數(shù)；針對S函數(shù)估算中需要高精度的相對系統(tǒng)常數(shù)，利用多角度方法并綜合考慮激光雷達比確定系統(tǒng)常數(shù)；針對大氣光學厚度的積分計算公式，構建網(wǎng)格像素單元光學路徑庫的優(yōu)化計算方案，提出消光系數(shù)矩陣和光學路徑矩陣相乘的思想提高光學厚度的計算效率；針對雙未知量的求解，

3、提出利用Monte Carlo方法在整個掃描區(qū)域的收斂性精確估算大氣消光和后向散射系數(shù)雙未知參量。
　　為驗證該優(yōu)化算法的可行性，本文選用長距離掃描激光雷達同時刻和不同時刻掃描數(shù)據(jù)構建雙掃描激光雷達相向交叉掃描的探測數(shù)據(jù)，分別確定了網(wǎng)格像素單元的最佳分辨率為50m，激光雷達系統(tǒng)相對常數(shù)為29.92±0.43。同時刻和不同時刻的掃描激光雷達數(shù)據(jù)反演結果表明，雙掃描激光雷達探測方法可實現(xiàn)交叉掃描剖面氣溶膠光學參量探測，氣溶膠呈層狀分布

4、，與多角度結果相比具有可比性，且大氣狀態(tài)表現(xiàn)為水平非均勻變化特性。
　　最后，論文分析雙掃描激光雷達氣溶膠探測結果的不確定度，并分別計算不同時刻掃描激光雷達數(shù)據(jù)反演所得氣溶膠消光和后向散射系數(shù)的不確定度。Monte Carlo隨機次數(shù)對大氣光學厚度不確定度、后向散射系數(shù)不確定度影響較大，相對系統(tǒng)常數(shù)和激光雷達比的不確定度對消光系數(shù)不確定度影響較大，掃描區(qū)域激光雷達比統(tǒng)計結果表明，激光雷達比主要分布在30Sr～50Sr，與當?shù)赜^測資