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)域進行坐標化和網格化處理，利用雙掃描激光雷達方程組求解消光系數和后向散射系數雙未知量，從而實現對同一區(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配置和探測方法所引起的系統誤差，以及數據反

2、演算法對氣溶膠反演結果所產生的不確定度，重點針對反演算法中的不確定度幵展算法優(yōu)化研究。針對網格分辨率對數據反演精度的影響，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格分辨率參數；針對S函數估算中需要高精度的相對系統常數，利用多角度方法并綜合考慮激光雷達比確定系統常數；針對大氣光學厚度的積分計算公式，構建網格像素單元光學路徑庫的優(yōu)化計算方案，提出消光系數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據構建雙掃描激光雷達相向交叉掃描的探測數據，分別確定了網格像素單元的最佳分辨率為50m，激光雷達系統相對常數為29.92±0.43。同時刻和不同時刻的掃描激光雷達數據反演結果表明，雙掃描激光雷達探測方法可實現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據反演所得氣溶膠消光和后向散射系數的不確定度。Monte Carlo隨機次數對大氣光學厚度不確定度、后向散射系數不確定度影響較大，相對系統常數和激光雷達比的不確定度對消光系數不確定度影響較大，掃描區(qū)域激光雷達比統計結果表明，激光雷達比主要分布在30Sr～50Sr，與當地觀測資