【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及气象数据质量控制，尤其涉及拉曼激光雷达的自动化质控和反演方法。
技术介绍
1、激光雷达被广泛地应用于大气探测。拉曼激光雷达是激光雷达的一种，向目标物发射单色激光，并通过测量目标物的弹性散射与拉曼散射来进行目标物属性的反演。相比于常规的激光雷达，拉曼雷达反演精度的上限更高，但是拉曼雷达的反演产品受光学系统扰动的影响也更大。成本较低的国产商用拉曼雷达具备推广优势，但低成本拉曼雷达往往会存在光学系统的稳定性较低、缺少激光强度测量模块、白天受背景噪音的影响大等诸多问题，因此拉曼雷达的原厂数据产品可能出现近地面气溶胶廓线不合理、有云情况下近地面气溶胶浓度过低、激光雷达比不合理等情况。
2、重叠函数的计算有两条路线，第一条路线主要基于光学计算，通过测量激光雷达系统的几何关系，结合光学原理来计算重叠函数。然而，由于激光雷达系统中各器件的位置都相对设计位置有所偏差，而且仪器内部的衍射被忽略，所以计算出来的重叠函数必然和实际重叠函数有差别，所以这种方法主要用于定性分析(例如评估光路偏移对重叠函数带来的影响)。另一条路线则是以观测数据为主，在光学理论的基础上通过实测数据进行计算和验证(实验法)。常用的拉曼雷达重叠函数实验标定算法有三种：
3、(1)将雷达横置或大角度倾斜，使激光向水平方向或倾斜方向发射。由于水平方向的气溶胶消光系数变化不大，可以使用水平方向均一的消光系数假设来进行重叠函数的计算。然而，拉曼雷达的体积通常较大，其倾角不可控，因此这种方法常常不适用。
4、(2)使用双视场接收系统进行校准
5、(3)在光学系统的准直性良好的情况下，各通道的重叠函数近似相等，这种情况下可以使用弹性散射信号和氮气拉曼散射信号之间的关系来计算重叠函数，但这种算法需要保证光学系统的准直性，因此需要使用特定的判定方法来进行光学系统的调试，以保证该算法的适用性。
6、发射系统和望远镜接收系统之间的视场匹配程度是影响拉曼雷达低空探测性能的关键因素。在近地面，激光发射光束和接收视场不完全重叠，因此地近地面会出现盲区，过渡区接收到的回波强度与总回波强度之间的比例会随距离的变化而变化；当光学系统失配时还可能会导致望远镜无法接收到回波信号。
7、因此，需要引入重叠函数来进行激光雷达的遥感反演，以解决现有算法在实际工作中反演结果不合理问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供拉曼激光雷达的自动化质控和反演方法，旨在解决现有算法在实际工作中的反演结果不合理问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了拉曼激光雷达的自动化质控和反演方法，包括以下步骤：
3、结合象限遮蔽实验和双通道联合校准算法对重叠函数进行标定，得到校准重叠函数；
4、基基于所述校准重叠函数使用质量控制方法进行质控和反演。
5、其中，所述结合象限校准实验和双通道联合校准算法对重叠函数进行标定，得到校准重叠函数中，所述对重叠函数进行标定包括：结合盲区内的噪音信号和干洁区域的回波信号进行弹性散射通道的标定。
6、其中，所述基于所述校准重叠函数使用质量控制方法进行质控和反演包括：
7、使用一种基于梯度下降法的迭代算法反演夜间气溶胶的激光雷达比垂直廓线，获得激光雷达比的最优估值，并使用反演成功时间段的气溶胶激光雷达比进行全天的消光系数反演。
8、其中，所述基于所述校准重叠函数使用质量控制方法提高激光雷达各产品数据质量，还包括：
9、结合高空和近地面的回波信号，使用双向积分的方式进行消光系数的反演。
10、其中，所述基于所述校准重叠函数使用质量控制方法提高激光雷达各产品数据质量，还包括：
11、利用含水平排列冰晶的冰云激光雷达比与退偏比之间的数学关系，通过退偏比来计算冰云的激光雷达比，得到计算结果；
12、在所述计算结果的基础上进行高空冰云属性的反演。
13、本专利技术的拉曼激光雷达的自动化质控和反演方法，结合象限校准实验和双通道联合校准算法对重叠函数进行标定，得到校准重叠函数；基于所述校准重叠函数使用质量控制方法提高激光雷达各产品数据质量，该方法使用迭代算法反演夜间气溶胶的激光雷达比垂直廓线，并将夜间反演得到的激光雷达比应用于白天的反演，解决氮气拉曼通道信噪比低的问题；结合盲区内的噪音信号进行标定，在没有激光强度测量模块的情况下解决激光能量的波动问题；结合高空和近地面的回波信号，使用双向积分的方式进行消光系数的反演，减少噪音和云区导致的不连续性问题；使用退偏比修正了含水平排列冰晶的冰云激光雷达比；该方法使产品质量得到了显著提高，满足非理想光源和光学系统状态下的重叠函数校准及受其影响的数据产品质量控制的需求，弥补了相关算法的空缺，解决现有算法在实际工作中的反演结果不合理问题。
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1.拉曼激光雷达的自动化质控和反演方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的拉曼激光雷达的自动化质控和反演方法，其特征在于，
3.如权利要求1所述的拉曼激光雷达的自动化质控和反演方法，其特征在于，
4.如权利要求1所述的拉曼激光雷达的自动化质控和反演方法，其特征在于，
5.如权利要求1所述的拉曼激光雷达的自动化质控和反演方法，其特征在于，
【技术特征摘要】
1.拉曼激光雷达的自动化质控和反演方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的拉曼激光雷达的自动化质控和反演方法，其特征在于，
3.如权利要求1所述的拉曼激光雷达的自...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴竹君，姜有山，周晨，张鹭，吴泓，陆华标，刘冬晴，毛宇清，开丽，施逸，沈澄，金琼，李菁，李聪，李力，李志钢，
申请(专利权)人：南京市气象台，
类型：发明
国别省市：
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