复杂大气环境下民航机场能见度测量系统关键技术

Measurements of atmospheric visibility with all-weather and with high-accuracy in complex atmospheric environment have important research significance and application value in the civil airport and flight safety. Relying on the developed Lidar system and achievements for atmospheric aerosol, water vapor and measurements granted by the National Natural Science Foundation of China completed, research on the key techniques to visibility measurement in civil aviation airport by using Lidar is carried out in this project, and we develop a new physical model for slant visibility detection by using a multi-wavelength Mie-Raman Lidar. It is mainly focused on the key techniques including the Lidar detection techniques for atmospheric optical parameters and microphysical parameters, the study on atmospheric luminescence in the slant path by solving the radiative transfer equation, and the study on the optical characteristics of the target and the background. And it is to develop a multi-wavelength Mie- Raman Lidar system for aerosols fine detections with characteristics of eye-safety and flight and control safety, and to carry out the study on data fusion and interaction correction technique of atmospheric parameters from Lidar combined with other detection methods, and thus we can realize the detection of atmospheric slant visibility with high-accuracy. The results will provide a new scientific basis and solution to the realization of visibility measurement for civil aviation airport in complex atmospheric environment, which has important research significance and application value.

复杂大气环境下高精度、全天时大气斜程能见度测量对民航机场飞行安全具有重要的研究意义和应用价值。本项目依托在多项国家自然科学基金资助下在大气气溶胶、水汽、温度等多参数激光雷达探测技术等方面所取得的阶段性成果，开展基于激光雷达的复杂大气环境下民航机场能见度测量系统关键技术研究，建立一种新型的基于多波长米-拉曼激光雷达的斜程能见度探测物理模型，重点解决大气光学参量和微物理参量的全天时激光雷达精细探测技术研究，基于辐射传输方程的斜程路径上大气发光研究，以及目标物和背景光学特性的判定研究，构建一套对人眼及航空器飞行与操控安全的多波长米-拉曼气溶胶精细探测激光雷达系统，并开展激光雷达结合多探测手段的全天候大气多参量数据融合与校正比对，从而实现对斜程大气能见度的高精度探测研究。本项目的研究成果将为复杂大气环境下民航机场能见度的测量和研究提供新的科学依据和解决方法，具有重要的研究意义和应用价值。

复杂大气环境下高精度、全天时大气斜程能见度测量对民航机场飞行安全具有重要研究意义和应用价值。项目组以斜程能见度的高精度探测为研究目标，重点开展了大气散射辐射亮度校正的斜程能见度测量方法、激光雷达结合SBDART 模式的实际大气散射辐射亮度计算方法和目标物和背景光学特性等关键技术研究，构建了双波长拉曼-米激光雷达气溶胶精细探测系统，实现了复杂大气环境下斜程能见度的激光雷达探测技术研究。.针对目前商用水平能见度仪的局限性和激光雷达能见度仪的反演缺陷，项目组建立了一种基于激光雷达的新型的斜程能见度探测物理模型，提出了一种考虑斜程路径散射辐射亮度校正的斜程能见度测量方法，以气溶胶精细探测激光雷达为手段，以激光雷达结合辐射传输模式为核心技术，实现基于激光雷达的高精度斜程能见度测量。.针对实际大气散射辐射亮度的测量难题，项目组提出了激光雷达结合SBDART 模式的实际大气散射辐射亮度计算方法。利用激光雷达获得的大气气溶胶光学参量、微物理参量和散射特性参量，构成SBDART 模式所需的用户自定义气溶胶输入文件，求解辐射传输方程，获得了不同天气条件下实际大气散射辐射亮度分布的特性研究，从根本上解决了一直制约斜程能见度测量的技术瓶颈。 .项目组提出了一种人眼安全和飞行器飞行与操控安全的双波长拉曼-米气溶胶精细探测激光雷达技术，构建了大气气溶胶精细探测激光雷达系统。提出了激光雷达与太阳光度计、粒径谱仪、能见度仪等多探测手段的校正反演与融合分析，获得了同步可靠的大气气溶胶光学参量和微物理参量，为斜程能见度研究提供技术和数据支持。.项目组开展了不同天气条件下的激光雷达探测实验，利用实际大气散射辐射亮度和大气透过率信息，获得了斜程能见度的反演测量。着重开展了霾、阴雨、阴天等复杂天气条件下的斜程能见度测量与结果分析，探讨了斜程能见度的时空变化趋势，实现了复杂大气环境下斜程能见度的激光雷达探测技术研究。本项目研究成果为复杂大气环境下民航机场能见度的测量和研究提供了新的科学依据和解决方法，具有重要的研究意义和应用价值。