大气激光雷达已广泛应用于大气污染源水平扫描测量，而水平扫描测量激光雷达信号的消光系数边界值求解及廓线反演是其定量化应用的关键。针对这一问题，提出了一种基于改进的道格拉斯-普克（DP）算法确定消光系数边界值的新方法，并结合经典Klett方法实现水平扫描测量时的大气消光系数稳健反演。系统性地研究了经典DP算法在消光系数边界值求解时的性能及潜在的问题。在此基础上，提出将对数激光雷达信号与对应直线线段的偏离方差作为阈值控制手段，以替代经典DP算法中的最远距离阈值，从而更加准确地获取对数激光雷达曲线的线性区间，进而利用斜率法求解消光系数边界值。通过消光系数反演结果的对比分析，验证了改进DP算法的有效性。利用该方法反演的消光系数与周围空气污染监测站的PM₁₀颗粒物浓度具有较高的相关性（>0.88）。研究结果表明，提出的改进DP算法可为水平扫描激光雷达信号的消光系数边界值求解和廓线反演提供有效的方法。

结合毫米波雷达和双波长激光雷达对水云粒子进行微物理特性和光学特性建模，构建水云粒子有效半径与反射率因子-消光比、反射率因子-后向散射比的关系。通过假设参考高度处的云滴粒子有效半径和下一个距离门处的雷达比，以双波长反演的有效粒子半径和后向散射系数反演误差为约束条件得到边界值处的后向散射系数。进而，利用 Fernald后向积分方法反演水云天气下的气溶胶后向散射系数廓线。仿真结果与所提方法处理后的粒子有效半径一致性系数为0.98，与双波长后向散射系数的一致性系数均为0.81。实际处理结果表明，所提方法能够改善水云天气下气溶胶反演的连续性，得到相对准确的后向散射系数。

在反演大气消光系数过程中,一个值得探讨的问题就是消光系数边界值的选择问题。提出了一种基于横向Steffensen型3阶方法求解大气气溶胶消光系数边界值的新算法,并将该方法应用于仿真信号和实际观测到的回波信号中求解大气消光系数,证明了所提算法的真实可靠性。结果表明,所提算法迭代速度快,经过较少的迭代次数就可收敛到消光系数的边界值,能够较准确地反演大气消光系数。

为了提高斜程能见度的计算精度, 提出了一种基于Fernald-PSO法求解气溶胶激光雷达比的方法.首先, 以均匀层底部和顶部的大气消光系数相等为条件构建气溶胶激光雷达比和气溶胶消光系数边界值的方程.然后, 再以激光雷达数据反演和AERONET网站观测的气溶胶光学厚度相等为条件构造另一参量方程.最后, 采用Fernald-PSO法解方程组, 用得到的参量反演气溶胶消光系数计算斜程能见度.采用激光雷达和AERONET数据对该方法进行验证, 分析气溶胶激光雷达比对斜程能见度反演的影响.结果表明, 同一信号气溶胶激光雷达比假设值与计算值相差越大, 气溶胶消光系数和斜程能见度的相对误差绝对值也越大, 最大误差分别为18.93%和19.90%.

激光雷达进行大气能见度探测时, 当探测路径上存在云、雾、烟尘或硬目标时, 大气消光系数会在局部发生显著变化, 表现为激光雷达回波信号在原有衰减趋势上出现突变。受此影响, 直接使用现有算法将导致能见度反演精度低或错误反演。为此提出一种将突变点定位、消光系数边界值确定、消光系数迭代反演相结合的能见度反演算法。首先查找、定位突变信号所在位置; 然后剔除突变点, 利用斜率法得到消光系数边界值; 最后基于Fernald法, 以迭代方式反演大气消光系数及能见度。对两种典型大气消光模式的仿真实验表明, 该算法提高了能见度反演精度, 能够获得更为准确的全局能见度。利用自行研制的激光雷达能见度仪实测回波数据也验证了该算法的有效性。

基于Fernald方法和Klett方法,推导出一个具有明确物理意义的 确定气溶胶消光系数边界值的表达式, 该式比目前用于确定边界值的Collis斜率法表达式增加了两项:空气分子消光系数项和后向散射项, 这两项与Collis斜率法的值符号相反。空气分子消光系数项较小,但后向散射项为后向散射系数的 倒数和导数的乘积,绝对值能达到Collis斜率法的75.2%。分析表明,考虑了新增两项反演的大气 气溶胶光学厚度(AOD)与实测更接近,所以增加这两项是合理的、必要的。不同标高反演2007年 9月20日的AOD在0.20~0.25之间,变化范围较小;反演的AOD方差为0.003, 相对较小。说明新方法对 标高的依赖较小且较稳定。分析424个时次晴空资料的反演结果可知,反演比实测大7.4%, 反演与实测的相关系数为93.2%, 相对误差和绝对误差分别为10.9%和0.03, 反演的AOD方差为0.02, AOD小于0.45(占到资料总数的91.7%)时,反演结果较好。

在反演大气气溶胶后向散射系数时,为了消除激光雷达系统常数,通常在对流层顶附近假设一个气溶胶后向散射系数的边界值。但当激光雷达的有效探测高度达不到对流层顶时,边界值的确定变得十分困难。从米氏散射激光雷达方程出发,得到了边界值与激光雷达距离平方校正回波信号之间的等式关系,并将该关系作为判据,利用迭代法在低层大气中找到一个比较准确的后向散射系数的边界值。将该方法应用于实际激光雷达回波信号反演中,得到低层大气中气溶胶后向散射系数廓线,并与在对流层顶选取边界值反演得到气溶胶后向散射系数廓线进行比较。结果表明,利用提出的方法在低层大气中确定的后向散射系数边界值,可以较好地反演出低层大气中气溶胶后向散射系数廓线。

报道了一种使用最小二乘法拟合大气激光雷达回波信号,计算消光系数边界值的算法.对于无云层天气条件,利用最小二乘法对回波信号全程拟合获得大气消光系数边界值,在有云层天气下,先将激光雷达信号在大气中的传输光路分解为云层区和非云层区,忽略回波信号中的云层信息,并假设在非云层区大气近似均匀,利用最小二乘法拟合获得大气消光系数边界值.最后利用消光系数边界值求解激光雷达方程,反演获得大气消光系数.?导始扑阒っ?用此算法可获得与实际更为接近的大气消光系数反演结果.

报道了一种使用最小二乘法拟合大气激光雷达回波信号,计算消光系数边界值的算法.无云层天气条件下,利用最小二乘法对回波信号全程拟合获得大气消光系数边界值;有云层天气下,先将激光雷达信号在大气中的传输光路分段为云层区和非云层区,忽略回波信号中的云层信息,假设非云层区大气近似均匀,利用最小二乘法拟合获得大气消光系数边界值.