主被動(dòng)結(jié)合云探測激光雷達(dá)系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析.pdf

1、在日常氣象業(yè)務(wù)化測量中,云高、云量和云狀是云觀測最基本的要素。傳統(tǒng)的觀測手段主要是目測,需要?dú)庀髥T每天定時(shí)定點(diǎn)記錄。隨著激光雷達(dá)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、全天空成像及圖像處理等技術(shù)的發(fā)展,氣象要素業(yè)務(wù)化測量儀器也迅速發(fā)展起來,其中云高和云量自動(dòng)化觀測設(shè)備已經(jīng)應(yīng)用于氣象測量中。但對(duì)云高、云量的觀測是分別通過激光云高儀和全天空成像儀等設(shè)備獨(dú)立完成的。為了使得到的氣象數(shù)據(jù)更具統(tǒng)一性、普適性,一般需要將激光云高儀和全天空成像儀布置在同一氣象觀測站,既

2、實(shí)現(xiàn)了云高測量又實(shí)現(xiàn)了云量測量。在實(shí)際氣象業(yè)務(wù)化測量時(shí),更傾向于使用同一設(shè)備來實(shí)現(xiàn)云量、云狀以及云高的觀測,這樣測得的數(shù)據(jù)能夠在時(shí)間地點(diǎn)上高度統(tǒng)一,便于數(shù)據(jù)融合分析。目前并沒有同時(shí)測量云高和云量的氣象系統(tǒng)。
　　本論文圍繞云的自動(dòng)定量觀測需求,針對(duì)目前單一設(shè)備探測能力不足,數(shù)據(jù)難以有效融合反演的問題展開研究。初步設(shè)計(jì)了具有全天空成像功能的云探測激光雷達(dá)系統(tǒng),以主被動(dòng)結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)云高和云量的同時(shí)測量。首先通過 ZEMAX軟件模擬了

3、主動(dòng)探測模塊激光云高儀的光路及光學(xué)效率,并對(duì)信噪比做了分析。其次被動(dòng)成像模塊利用加裝魚眼鏡頭的數(shù)字相機(jī)來獲取全天空?qǐng)D像,并研究了藍(lán)紅比值的閾值分割算法,實(shí)現(xiàn)了全天空云量提取。再次結(jié)合激光云高儀的剖面數(shù)據(jù)和全天空成像儀的云二維分布數(shù)據(jù)做了初步融合分析,進(jìn)行精確的云高判別、云量反演與云種分類研究。從測量云高的角度來說,云高儀的自動(dòng)云底高度計(jì)算方法受到大氣環(huán)境影響,在霧霾天氣時(shí)容易出現(xiàn)誤判,將霧霾誤判為云底。而被動(dòng)全天空成像儀拍攝的天空?qǐng)D像能