留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

考虑多次散射的卷云几何特征和光学特性反演方法

熊兴隆 刘雯箐 符超 蒋立辉

熊兴隆, 刘雯箐, 符超, 蒋立辉. 考虑多次散射的卷云几何特征和光学特性反演方法[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(9): 2734-2741.
引用本文: 熊兴隆, 刘雯箐, 符超, 蒋立辉. 考虑多次散射的卷云几何特征和光学特性反演方法[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(9): 2734-2741.
Xiong Xinglong, Liu Wenqing, Fu Chao, Jiang Lihui. A novel method of retrieving the geometrical and optical properties of cirrus cloud considering multiple scattering[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(9): 2734-2741.
Citation: Xiong Xinglong, Liu Wenqing, Fu Chao, Jiang Lihui. A novel method of retrieving the geometrical and optical properties of cirrus cloud considering multiple scattering[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(9): 2734-2741.

考虑多次散射的卷云几何特征和光学特性反演方法

基金项目: 

国家973计划(2010CB731801);国家自然科学基金(60879016)

详细信息
    作者简介:

    熊兴隆(1962-),男,教授,硕士生导师,主要从事信号与信息处理、激光雷达气象探测方面的研究。Email:xx_long@126.com

  • 中图分类号: TN958.98

A novel method of retrieving the geometrical and optical properties of cirrus cloud considering multiple scattering

  • 摘要: 研究了考虑多次散射的卷云几何特征和光学特性反演方法,对反演卷云高度和卷云激光雷达比的方法进行了改进。采用多次散射因子对卷云消光系数曲线进行修正,选取云底及云顶附近高度消光系数变化率的均值求解云层高度修正误差,对微分零交叉法求解得到的卷云高度进行修正,实现了较为精确的激光雷达云层高度反演。采用以边界值处消光系数和卷云光学厚度为约束条件的粒子群算法,求解卷云有效激光雷达比,选用半解析Monte Carlo方法,计算总散射信号与一次散射信号的比值,并结合Platt多次散射因子方程求得多次散射因子,实现了卷云激光雷达比的准确求解。使用Mie散射激光雷达真实回波信号进行了验证。结果表明,该改进方法具有较高的精度,更具应用价值。
  • [1]
    [2] Cao Yanan, Chen Xiuhong, Wei Heli. Study of the effects of cirrus altitude on the atmospheric infrared spectral radiation[J]. Infrared and Laser Engineering, 2012, 41(8): 1965-1970. (in Chinese) 曹亚楠, 陈秀红, 魏合理. 卷云高度对大气的红外光谱辐射影响的研究[J]. 红外与激光工程, 2012, 41(8): 1965-1970.
    [3] Xiong Xinglong, Jiang Lihui, Feng Shuai. Return signals processing method of Mie scattering lidar[J]. Infrared and Laser Engineering, 2012, 41(1): 89-95. (in Chinese) 熊兴隆, 蒋立辉, 冯帅. Mie散射激光雷达回波信号处理方法[J]. 红外与激光工程, 2012, 41(1): 89-95.
    [4]
    [5]
    [6] Xiong Xinglong, Jiang Lihui, Feng Shuai, et al. Constructing and solving the nonlinear equation for determining the boundary value of the extinction coefficient for atmospheric aerosol in lower atmosphere[J]. Journal of OptoelectronicsLaser, 2012, 23(7): 1356-1362. (in Chinese) 熊兴隆, 蒋立辉, 冯帅, 等.非线性方程法确定低空探测机载激光雷达消光系数边界值[J].光电子激光, 2012, 23(7):1356-1362.
    [7]
    [8] Mao Feiyue, Gong Wei, Li Jun, et al. Cloud detection and parameter retrieval based on improved differential zero-crossing method for Mie lidar[J]. Acta Optica Sinica, 2010, 30(11): 3097-3012. (in Chinese) 毛飞跃, 龚威, 李俊, 等. 基于改进微分零交叉法的米散射激光雷达云检测与参数反演[J]. 光学学报, 2010, 30(11): 3097-3012.
    [9] Han Daowen, Liu Wenqing, Zhang Yujun, et al. Memorable glide window integral algorithm for retrieving cloud height[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2008, 20(1): 1-5. (in Chinese) 韩道文, 刘文清, 张玉钧, 等. 用于反演云层高度的记忆式滑动窗口积分法[J]. 强激光与粒子束, 2008, 20(1): 1-5.
    [10]
    [11] Yang Chengwu, Liu Wenqing, Zhang Yujun. Peak and area integral algorithm for retrieving cloud-base height[J]. Infrared and Laser Engineering, 2012, 41(10): 2848-2852. (in Chinese) 杨成武, 刘文清, 张玉钧. 用于反演云底高度的峰值面积积分法[J]. 红外与激光工程, 2012, 41(10): 2848-2852.
    [12]
    [13] Shi Bo, Nie Miao, Ma Xiaomin, et al. Lidar measurement of cirrus clouds lidar ratio [J]. Journal of Atmospheric and Environmental Optics, 2012, 7(1): 1-5. (in Chinese) 史博, 聂淼, 麻晓敏, 等. 卷云消光后向散射比的激光雷达测量[J]. 大气与环境光学学报, 2012, 7(1): 1-5.
    [14]
    [15] Zhang Yayi, Zhao Yifei. A novel method of determining the lidar ratio in cirrus clouds[J]. Journal of OptoelectronicsLaser, 2013, 24(9): 1768-1773. (in Chinese) 张亚宜, 赵嶷飞. 反演卷云激光雷达比的新方法[J]. 光电子激光, 2013, 24(9): 1768-1773.
    [16]
    [17] Xiong Xinglong, Li Meng, Jiang Lihui, et al. A method for determining cirrus height with multiple scattering[J]. Chinese Optics Letters, 2013, 11(10): 100101.
    [18]
    [19]
    [20] Wang Jin, Zhang Lei, Wang Hongbin, et al. Lidar observations of spatial and temporal variations of cirrus clouds over semi-arid areas in Northwest[J]. Chinese Journal of Quantum Electronics, 2013, 30(1): 66-72. (in Chinese) 王瑾, 张镭, 王宏斌, 等. 西北半干旱区激光雷达探测卷云几何特征和光学厚度[J]. 量子电子学报, 2013, 30(1): 66-72.
    [21]
    [22] Chen W N, Chiang C W, Nee J B. Lidar ratio and depolarization ratio for cirrus clouds[J]. Applied Optics, 2002, 41(30): 6470-6476.
    [23]
    [24] Cai Weiwei, Ma Lin. Improved Monte Carlo model for multiple scattering calculations[J]. Chinese Optics Letters, 2012, 10(1): 012901.
    [25]
    [26] Wang Hongxia, Zhu Youzhang, Tian Tao, et al. Characteristics of laser transmission in different types of aerosols[J]. Acta Phys Sin, 2013, 62(2): 024214-1:10. (in Chinese) 王红霞, 竹有章, 田涛, 等. 激光在不同类型气溶胶中传输特性研究[J]. 物理学报, 2013, 62(2): 024214-1: 10.
    [27]
    [28] Platt C M R,Wnker D M. Multiple scattering effects in clouds observed from lite [C]//SPIE, 1995, 2580: 60-71.
    [29] Xiong Xinglong, Jiang Lihui, Feng Shuai, et al. Determination method of atmospheric aerosol extinction coefficient boundary value based on fixed point principle[J]. Journal of OptoelectronicsLaser, 2012, 23(2): 303-309. (in Chinese) 熊兴隆, 蒋立辉, 冯帅, 等. 基于不动点原理的大气气溶胶消光系数边界值确定方法[J].光电子激光, 2012, 23(2): 303-309.
    [30]
    [31]
    [32] Fernald F G. Analysis of atmospheric lidar observation: some comments[J]. Appl Opt, 1984, 23(5): 652-653.
    [33] Wahyu Widadal, Hideki KINJol, Hiroaki Kuzei, et al. Effect of multiple scattering in the lidar measurement of tropospheric aerosol extinction profiles[J]. Optical Review, 2001, 8(5): 382-387.
    [34]
    [35] Winker D M, Poole L R. Monte-Carlo calculations of cloud returns for ground-based and space-based lidars[J]. Applied Physics, 1995, 60(4): 341-344.
  • [1] 陈慧敏, 马超, 齐斌, 郭鹏宇, 杨尚贤, 高丽娟, 霍健.  脉冲激光引信烟雾后向散射特性研究 . 红外与激光工程, 2020, 49(4): 0403005-0403005-7. doi: 10.3788/IRLA202049.0403005
    [2] 王建峰, 姜晓军, 李陶然, 张晓明, 葛亮.  雷达定标卫星光学散射特性研究 . 红外与激光工程, 2020, 49(1): 0105003-0105003(8). doi: 10.3788/IRLA202049.0105003
    [3] 黄聪, 游兴海, 张彬.  光学元件表面洁净度对其表面散射特性的影响 . 红外与激光工程, 2019, 48(1): 120002-0120002(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0120002
    [4] 陶宗明, 施奇兵, 谢晨波, 刘东, 张帅.  利用CCD和后向散射激光雷达精确探测近地面气溶胶消光系数廓线 . 红外与激光工程, 2019, 48(S1): 43-49. doi: 10.3788/IRLA201948.S106007
    [5] 高瑞林, 蔡克荣, 贾岛.  双频激光近炸引信散射特性研究 . 红外与激光工程, 2018, 47(S1): 10-15.
    [6] 王凤杰, 陈慧敏, 马超, 龙胤宇.  云雾后向散射激光回波特性研究 . 红外与激光工程, 2018, 47(5): 506002-0506002(5). doi: 10.3788/IRLA201847.0506002
    [7] 戴聪明, 赵凤美, 刘栋, 唐超礼, 魏合理.  强吸收带卷云大气红外辐射特性研究 . 红外与激光工程, 2018, 47(12): 1204003-1204003(7). doi: 10.3788/IRLA201847.1204003
    [8] 张祥金, 沈娜, 胡鑫, 宋健.  激光近程探测中目标表面的散射特性 . 红外与激光工程, 2017, 46(7): 706003-0706003(9). doi: 10.3788/IRLA201746.0706003
    [9] 潘永强, 陈佳.  光学薄膜减散射特性研究 . 红外与激光工程, 2016, 45(1): 118007-0118007(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0118007
    [10] 杨亦萍, 董晓刚, 戴聪明, 徐青山.  利用MODIS数据对北极夏季卷云特性的研究 . 红外与激光工程, 2016, 45(4): 432002-0432002(8). doi: 10.3788/IRLA201645.0432002
    [11] 孙贤明, 万隆, 王海华.  激光雷达探测水云退偏振比的敏感性研究 . 红外与激光工程, 2016, 45(9): 906001-0906001(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0906001
    [12] 张小富, 乐小云.  对激光雷达特定的发射模块后向散射信号的调制和设计 . 红外与激光工程, 2015, 44(3): 888-892.
    [13] 张学海, 魏合理.  基于用几何光学和米散射法的球形粒子前向散射特性计算研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(5): 1485-1490.
    [14] 单坤玲, 刘新波, 卜令兵, 郜海阳, 黄兴友.  激光雷达和毫米波雷达的卷云微物理特性的联合反演方法 . 红外与激光工程, 2015, 44(9): 2742-2746.
    [15] 唐磊, 吴海滨, 孙东松, 舒志峰.  瑞利散射多普勒测风激光雷达系统误差分析 . 红外与激光工程, 2014, 43(11): 3570-3576.
    [16] 崔骥, 付欢, 刘烨, 王清华, 李振华, 贺安之.  典型粗糙表面激光后向散射特性实验 . 红外与激光工程, 2013, 42(5): 1208-1211.
    [17] 黄朝军, 吴振森, 刘亚锋.  1.06 μm激光气溶胶凝聚粒子散射特性 . 红外与激光工程, 2013, 42(9): 2353-2357.
    [18] 韩意, 孙华燕.  空间目标光学散射特性研究进展 . 红外与激光工程, 2013, 42(3): 758-766.
    [19] 李琛, 舒志峰, 夏海云, 孙东松, 周广超, 汪建业.  利用Fabry-Perot标准具的米散射测风激光雷达接收机 . 红外与激光工程, 2012, 41(1): 107-111.
    [20] 熊兴隆, 蒋立辉, 冯帅.  Mie散射激光雷达回波信号处理方法 . 红外与激光工程, 2012, 41(1): 89-95.
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  262
  • HTML全文浏览量:  27
  • PDF下载量:  139
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2015-01-05
  • 修回日期:  2015-02-03
  • 刊出日期:  2015-09-25

考虑多次散射的卷云几何特征和光学特性反演方法

    作者简介:

    熊兴隆(1962-),男,教授,硕士生导师,主要从事信号与信息处理、激光雷达气象探测方面的研究。Email:xx_long@126.com

基金项目:

国家973计划(2010CB731801);国家自然科学基金(60879016)

  • 中图分类号: TN958.98

摘要: 研究了考虑多次散射的卷云几何特征和光学特性反演方法,对反演卷云高度和卷云激光雷达比的方法进行了改进。采用多次散射因子对卷云消光系数曲线进行修正,选取云底及云顶附近高度消光系数变化率的均值求解云层高度修正误差,对微分零交叉法求解得到的卷云高度进行修正,实现了较为精确的激光雷达云层高度反演。采用以边界值处消光系数和卷云光学厚度为约束条件的粒子群算法,求解卷云有效激光雷达比,选用半解析Monte Carlo方法,计算总散射信号与一次散射信号的比值,并结合Platt多次散射因子方程求得多次散射因子,实现了卷云激光雷达比的准确求解。使用Mie散射激光雷达真实回波信号进行了验证。结果表明,该改进方法具有较高的精度,更具应用价值。

English Abstract

参考文献 (35)

目录

    /

    返回文章
    返回