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专利号: 2022116085875
申请人: 合肥学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2026-02-06
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.中高层大气垂直风廓线的激光外差光谱测量方法,其特征在于,包括:根据建立的正演模型获得大气模拟吸收光谱;

利用激光外差技术获取大气分子的吸收光谱数据;

根据所述正演模型和所述吸收光谱数据建立大气垂直风廓线的反演模型;

根据最小化所述反演模型的解得到大气垂直风廓线;

所述建立大气垂直风廓线反演模型的方法包括:根据所述吸收光谱数据和所述正演模型计算得到的所述大气模拟吸收光谱进行光谱线型的比较分析,获得大气垂直风廓线的反演;

所述大气垂直风廓线的反演包括:

考虑辐射传输模型以及吸收光谱的多普勒失真:其中,H为中高层大气层高度, 为在波长 处垂直路径的归一化光学深度, 为实测大气透过率,θ为太阳天顶角,ρ(z)为假设CO2分子的密度,U(z)为假设大气风在视线上的垂直廓线,c为光速, 为吸收线中心波长, 为根据上述算法计算的每个分子在波长 和高度z处的模型吸收截面;

根据最大熵方法构造如下函数:

其中,引入函数g(U)来提供函数Ωε(U)的凸性,g(U)是一个光滑函数,形式为ε=0.001,且满足该近似性质|Ωε(U)‑Ω(U)|<εk,Ω(U)为稳定函数,k为常数;

在紧致集 上搜索解;Ωδ是规定的正则化项范围,δ是收敛条件;

根据广义残差正则化方法引入一个稳定泛函数 该泛函数在物理上是合理的,以提供收敛性方法;

约束最小化稳定函数:

其中, 为定义的系数矩阵,选定正则化标准,利用序列二次规划算法进行迭代计算,得到所述最小化稳定函数的解,获得大气垂直风廓线的反演模型。

2.根据权利要求1所述的中高层大气垂直风廓线的激光外差光谱测量方法,其特征在于,所述正演模型的建立方法包括:利用FASCODE的大气分层方法对中高层大气层进行分层;

根据所述实际大气参数确定大气模式;

计算大气分子吸收的分子种类,确定太阳传输路径;

利用逐线积分算法LBLRTM进行大气分子吸收和连续吸收的计算;

获得不同波数对应的光学厚度以及水平路径和斜路径上的大气透过率;

利用已计算得到的光学厚度计算每层的总光学厚度,并计算得到DISORT所需的参数;

调用DISORT计算单次散射和多次散射,得到大气热辐射的计算结果;

根据所述大气热辐射获取斜路径上的散射辐射。

3.根据权利要求1所述的中高层大气垂直风廓线的激光外差光谱测量方法,其特征在于,所述吸收光谱数据的获取方式包括:获得穿过大气层到达地球表面的太阳光;

根据经过所述太阳光的大气分子选择对应中心波长的近红外激光,进行外差光谱信号获取,得到所述吸收光谱数据。

4.中高层大气垂直风廓线的激光外差光谱测量系统,实现如权利要求1‑3中任意一项的所述中高层大气垂直风廓线的激光外差光谱测量方法,其特征在于,包括:大气模拟吸收光谱获取模块,用于根据建立的正演模型获得大气模拟吸收光谱;

吸收光谱数据获取模块,用于获取大气分子的吸收光谱数据;

构建模块,用于根据所述正演模型和所述吸收光谱数据建立大气垂直风廓线的反演模型;

处理模块,用于根据最小化所述反演模型的解得到大气垂直风廓线。