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本文针对侧向散射激光雷达与大气PM2.5浓度反演机制作出了以下研究:(1)介绍了研究PM2.5的背景和主要意义、PM2.5浓度测量的几种主流方法和原理;详细讲述了激光雷达与大气探测的国内外的研究现状。(2)介绍了高斯光束在介质中的传播特征和物理参数;描述了大气气溶胶的组成和形态,激光与气溶胶之间三种散射方式,重点讲述了单个球形粒子对激光的Mie散射理论。(3)建立了蒙特卡罗米散射模型,根据实验装置中的参数严格设置基于侧向散射回波信号光强分布的蒙特卡罗散射模拟方法程序的参数。在蒙特卡罗程序中设置不同的校正因子g,仿真得到不同的g对应的光强分布和SPF值分布曲线,与回波信号光强分布和SPF值分布结果进行对比表明,当g取0.9时,两者的结果一致性较好;进一步取g从0.86到0.95以0.01为间隔,10个仿真结果表明,接收检测器上的光子总数与光子和粒子发生散射的次数几乎成正比;同时取220个实验采集数据,拟合T(0)与PM2.5浓度的关系,实验结果与仿真结果一致,因此该方法非常适合模拟侧向散射激光雷达水平探测大气气溶胶时的光强分布,特别对PM2.5浓度相关特征值S(i)的算法思路设计提供了指导。(4)搭建了CCD侧向散射激光雷达实验系统,设置CCD在不同增益,利用该系统完成采集工作,同时用BAM-1020空气质量检测仪记录PM2.5浓度值。从回波信号提取不同等级的光强分布总值S(i),对S(i)与PM2.5浓度值之间的大量数据点进行拟合,得到CCD分别为高、低增益下,5个等级光强分布总值S(i)(i=0,20,40,60,80)的10个拟合结果和经验公式。拟合结果表明,CCD在低增益时,S(0),S(20)反演模型比较适合PM2.5浓度值的反演;CCD在高增益时,S(0),S(20),S(40),S(60),S(80)反演模型均可以用来进行PM2.5浓度值的准确反演。随后以BAM-1020实测的PM2.5颗粒物浓度值作为标准参考值,从平均误差、残差方差、综合偏差率等统计量对各个等级光强分布总值S(i)反演模型的测量误差进行分析。分析结果确定了最佳反演精度模型的增益和等级i值,当PM2.5浓度值在0-70μg/m~3范围内,CCD在高增益下S(i)反演模型的反演精度高于CCD在低增益下S(i)反演模型的反演精度;CCD在高增益时,S(20)等级的反演精度最高。(5)设计了一种基于侧向散射激光雷达的PM2.5浓度全天候实时检测装置,并给出了该装置中各个单元的组合方式、实验采集的操作方法。绘制反演得到的PM2.5浓度值的实时曲线并计算其偏差率,与市面上某小型空气质量检测仪、未安装检测暗箱的实验装置的偏差率进行对比。结果表明,全天候实时检测装置能够很好地消除空气湿度对反演PM2.5浓度的影响,在精确度上具有十分明显的优势。