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ICS 13.040.01 CCS Z 10
15
内 蒙 古 自 治 区 地 方 标 准
DB15/T 4285—2026
后向散射激光雷达垂直探测沙尘天气自动
监测技术规范
Technical specification for vertical detection of sand and dust
weather by backscattering lidar
2026-01-30 发布 2026-03-01 实施
内蒙古自治区市场监督管理局 发 布
DB15/T 4285—2026
目 次
前言 II
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 1
4 方法原理 2
5 系统组成与技术性能要求 3
6 安装、调试、试运行与验收 4
7 系统日常运行维护 6
8 质量保证和质量控制 8
9 数据有效性判断 9
附录 A(资料性) 后向散射激光雷达垂直探测沙尘天气自动监测系统结构示意图 10
附录 B(资料性) 性能检测指标计算方法 11
附录 C(资料性) 后向散射激光雷达垂直探测沙尘天气自动监测系统安装调试报告 16
附录 D(资料性) 后向散射激光雷达垂直探测沙尘天气自动监测系统试运行报告 21
附录 E(资料性) 后向散射激光雷达垂直探测沙尘天气自动监测系统验收报告 23
附录 F(资料性) 后向散射激光雷达垂直探测沙尘天气自动监测系统巡检、性能检测和质控工作记录
表 27
I
DB15/T 4285—2026
前 言
本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
本文件由内蒙古自治区生态环境厅归口。
本文件起草单位：内蒙古自治区环境监测总站、安徽大学、中国科学院安徽光学精密机械研究所、
中国科学院大气物理研究所。
本文件主要起草人：谷雨、白雪椿、项衍、高文康、韩见弘、郝峰、张天舒、于学普、范广强、
程宇飞、付毅宾、周兴军、赵露、徐曼、郭伟楠、孙倩倩、吴八一、郭红英、陈鑫、葛瑞飞、刘一伊、王佐强、刘艳荣、王晓雪、石亚鹏。
II
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后向散射激光雷达垂直探测沙尘天气自动监测技术规范
1 范围
本文件规定了后向散射激光雷达垂直探测沙尘天气自动监测技术的方法原理与系统组成、技术性能要求、系统日常运行维护、质量保证和质量控制、数据有效性判断等技术要求。
本文件适用于采用基于米散射原理的垂直探测激光雷达对沙尘天气的连续自动监测时的运行与质量控制工作。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB 2894-2008 安全标志及其使用导则
GB/T 7247.1-2012 激光产品的安全 第1部分：设备分类和要求
GB/T 10320-2011 激光设备和设施的电气安全
GB/T 20480 沙尘天气等级
HJ 655 环境空气颗粒物(PM10和PM2.5)连续自动监测系统安装和验收技术规范
HJ 664 环境空气质量监测点位布设技术规范 (试行)
HJ 817 环境空气颗粒物(PM10和PM2.5)连续自动监测系统运行和质控技术规范
3 术语和定义
GB/T 20480界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3. 1
激光雷达 lidar
使用激光器作为发射光源，通过接收大气中气溶胶或大气分子的散射回波信号，探明大气结构和反演大气参数的主动遥感设备。
3. 2
沙尘天气 sand and dust weather
沙粒、尘土悬浮空中，使空气浑浊，能见度降低的天气现象。
[来源：GB/T 20480-2025，2.1]
3. 3
米散射 mie scattering
1
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当粒子尺度接近或大于发射光波长时，其散射的光强度在各方向是不对称的，其中大部分发射光线沿着前进方向进行散射。
3. 4
瑞利散射 rayleigh scattering
当粒子尺度远小于发射光波长时，其各方向上的散射光强度是不一样的，散射光强度与发射光的波长四次方成反比。
3. 5
盲区 blind region
在离激光雷达非常近的一段距离范围内，激光器发射的激光光束不在接收视场内，接收望远镜接收不到大气颗粒物及分子的后向散射光，或者由于杂散光信号影响，无法分离出大气颗粒物及分子的后向散射光有效信号，这一区域称为激光雷达的盲区。
3. 6
过渡区 transition region
发射的激光光束逐步地进入接收望远镜的接收视场内，大气颗粒物及分子的后向散射光只是部分的被接收，这一区域称为激光雷达的过渡区。
3.7
消光系数 atmospheric extinction coefficient
发射光在大气中传播单位距离时的相对衰减率，是大气颗粒物及分子对发射光的散射与吸收的贡献之和。单位为：km-1。
3.8
退偏振比 depolarization ratio
大气颗粒物及分子在对偏振光的散射作用中散射光的垂直偏振部分强度和平行偏振部分强度的比值。
3. 9
空间分辨率 spatial resolution
激光雷达采集到的原始回波信号是离散数据，相邻两个数据点之间对应的空间距离差。单位为：m。
3. 10
标称激光脉冲能量 nominal laser pulse energy
激光雷达系统中激光器在标准工作条件(如规定的供电电压、工作温度、重复频率等)下输出的单个激光脉冲能量，单位为：J。
4 方法原理
2
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后向散射激光雷达采用米散射原理发射激光，通过望远镜接收颗粒物和云等的后向散射信号，解析特定波长的后向散射信号，反演颗粒物的消光系数和退偏振比，实现颗粒物的空间分布和云的监测。
激光与大气中的球形粒子相互作用产生的后向散射光会保持激光的偏振比，而激光与非球形粒子相互作用的后向散射光会改变发射激光的偏振比，发生退偏效应。利用激光雷达同时探测到的后向散射信号中的平行分量和垂直分量，计算得到大气的退偏振比。退偏振比的大小反映沙尘天气时沙尘颗粒和云的非球形特性。
5 系统组成与技术性能要求
5. 1 系统组成
系统通常由光源发射系统、接收系统、数据采集与分析系统三部分组成。沙尘天气后向散射激光雷达需要满足基本的系统组成和功能要求，结构示意图参照附录 A。
5.2 光源发射系统
光源发射系统主要包括脉冲激光器、光束准直器和光束发射器。将激光光束经过放大、准直、反射之后，按照一定的角度发射至大气中，当激光遇到大气中的沙尘颗粒、云、分子等后发生散射。
5.3 接收系统
接收系统主要包括望远镜、窄带滤光器和光电探测器等。激光与大气相互作用产生的后向散射光被望远镜接收后，通过消色差透镜组后经反射镜反射后汇聚于小孔光阑内，被透镜准直后的光穿过检偏棱镜又被分为平行光和垂直光两束偏振光。最终偏振光经过窄带滤光片去除天空背景光的干扰后到达光电倍增管将光信号转换为电信号。
5. 4 数据采集与分析系统
数据采集与分析系统包括信号采集、控制单元和数据分析单元，主要包括放大器、数据采集和分析软件微机、显示器、工控机等。由光学接收系统接收的两束光信号转换为两路电流信号后，经前置放大器放大转换为电信号后被采集卡采集，由工控机存储，通过数据分析软件展示，数据通过有线或者无线的方式接入网络。
5.5 技术性能要求
后向散射激光雷达检测性能指标基本要求见表1。
3
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表1 后向散射激光雷达性能指标检测要求
检测项目
技术性能要求
1064 nm波长
532 nm波长
355 nm波长
0点准确性
≤空间分辨率
背景噪声基线平整度
斜率绝对值≤10-5
系统线性度
线性度≥95%
大气瑞利散射信号拟合斜率偏
差
≤20%
信噪比
≥1000@0.5 km ≥70@2 km
≥800@0.5 km
≥50@2 km
≥600@0.5 km
≥30@2 km
有效探测距离
≥4 km
≥3 km
探测盲区
≤75 m
通道增益校正后差异
不适用
≤15%
大气本底退偏振比
不适用
0.03～0.05
有效数据率
≥85%
注：表中涉及到的距离均为从地面开始的高度。
5.6 沙尘天气的判断
基于后向散射激光雷达垂直探测沙尘天气的判定指标见表2。
表2 后向散射激光雷达垂直探测沙尘天气判定技术指标
检测项目
技术性能要求
532 nm波长
355 nm波长
沙尘天气判据a
退偏振比≥0.2
退偏振比≥0.1
沙尘天气下退偏振比相对偏差
≤25%
沙尘天气下消光系数与PM10 的相关性
相关系数R2 ≥0.7
a：排除云和降水的影响。
6 安装、调试、试运行与验收
6. 1 安装
6.1.1 监测点位要求
监测点位位置应满足HJ 655中的相关要求。
6.1.2 监测站房及辅助设施
监测站房及辅助设施应满足HJ 655和HJ 664中的相关要求，并满足以下要求：
a) 接地电阻≤20 Ω;
b) 房顶承重≥250 kg/m2 ，室内地板承重≥500 kg/m2;
c) 系统应设有漏电保护装置，防止人身触电;
d) 激光器电源应按照 GB/T 10320-2011 中 4.5.3 的规定装有应急停机装置;
4
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e) 后向散射激光雷达应按照 GB/T 7247.1-2012 中 4 类产品规定，贴有激光警告标志、说明标志、激光窗口标志以及文字说明，相关标志应符合 GB 2894-2008 中的第 4 章的规定;
f) 站房面积应充分考虑除激光雷达外的其它颗粒物监测设备及 UPS 等辅助设备，空间充裕，能保证人员正常操作、标定、维护工作;
g) 天窗应安装安全护栏，确保安全距离，避免人员靠近光源灼伤眼部等。
6.1.3 后向散射激光雷达安装
后向散射激光雷达的安装应满足HJ 655中的相关要求，并满足以下要求：
a) 每台后向散射激光雷达，天窗口中心之间的水平距离>6 m，如安装地点因客观条件无法满足该要求，可以通过适当调整出射激光的方向，增加遮挡板等方法来避免光学干扰，同时要求保证设备之间没有相互电磁干扰;
b) 天窗支撑部件与房顶连接应牢固、可靠，应符合防水要求;
c) 天窗窗口玻璃加热器电源走线应安全可靠，不遮挡激光雷达光路;
d) 根据不同雷达发射接收窗口尺寸确定天窗开口尺寸，冗余量>50%。
6.2 安装调试
后向散射激光雷达在现场安装后进行调试，调试性能指标应满足表1相关要求，性能检测指标计算方法参照附录B。调试检测可由系统制造商、供应商负责。
调试后编制安装调试报告，报告格式参照附录C，记录表参照附录C中的表C.1～表C.4。
6.3 试运行
后向散射激光雷达试运行至少30 d。因系统故障等造成运行中断，恢复正常后，继续试运行。试运行结束时，参照附录B中B.13的公式计算系统有效数据率，数据有效率≥85%。根据试运行结果编制试运行报告，试运行报告格式参照附录D，记录表参照附录D中的表D.1。
6.4 验收
6.4.1 验收准备与申请
6.4.1.1 验收准备
在申请验收前应做好以下准备工作：
a) 提供后向散射激光雷达自动监测系统安装调试报告、试运行报告和连续稳定运行 30 d 监测数据报表;
b) 提供质量保证和质量控制计划文档;
c) 建立完整的激光雷达自动监测系统的技术档案。
6.4.1.2 验收申请
后向散射激光雷达完成安装、调试及试运行后提出验收申请，经验收单位核准符合验收条件后实施验收。
6.4.2 验收内容
6.4.2.1 性能指标验收
5
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对0点准确性、背景噪声基线平整度、系统线性度、大气瑞利散射信号拟合斜率偏差、信噪比、有效探测距离、探测盲区、通道增益校正后差异、有效数据率等开展验收测试，相应的测试指标计算参照附录B，测试结果应符合表1的要求。
6.4.2.2 相关制度、记录和档案验收
相关制度、记录和档案验收应满足HJ 655的相关要求。
6.4.3 验收报告
验收报告应满足HJ 655的相关要求，验收报告格式参照附录E，记录表参照附录E中的表E.1～表E.2。
7 系统日常运行维护
7. 1 基本要求
后向散射激光雷达自动监测系统全年365 d(闰年366 d)连续运行，停运超过3 d以上，报负责该点位主管部门备案，并采取有效措施及时恢复运行。主动停运的，运维人员提前报负责该点位主管部门批准。站房保证正常的供电状态，如果发生停电导致数据缺失需要报负责该点位主管部门备案，并采取有效措施及时恢复运行。
监测仪器主要技术参数和系统安装验收时的设置值保持一致。如对主要技术参数进行调整，应开展调试和仪器性能测试，记录调试结果并连续稳定运行30 d后开展验收。
设备的日常维护主要分为设备每日、每半月、每季度、每半年巡检、维护和校正及站房和辅助设备的日常巡检维护，日常维护需要记录存档。
7. 2 系统运行维护
7.2.1 监测站房及辅助设备日常巡检
7.2.1.1 室内使用设备环境日常巡检
对于室内使用后向散射激光雷达，对站房及辅助设备定期巡检，每周至少巡检1次，记录巡检情况，巡检记录表参照附录F中的表F.2。巡检工作主要包括：
a) 保持站房内部环境清洁，布置整齐，各仪器设备整洁，设备标识清楚;
b) 保证空调正常工作，站房温度保持在(25±10)℃,相对湿度保持在 90% RH 以下，每年对站房空调至少进行一次维护保养，空调具有来电自启动功能，并设置成来电自启动;
c) 在冬、夏季节注意站房内外温差，及时调整站房温度，防止光学镜片表面出现严重冷凝水情况;
d) 定期检查消防、避雷和报警安全设施;
e) 检查电路系统和通讯系统，保证系统供电正常，电压稳定;保证断电情况短时间内供电和网络通讯正常，出现问题及时解决;
f) 进行维护时，规范操作，注意安全，防止发生意外;
g) 设备固定牢固，门窗关闭良好，人走关门，非工作人员未经许可不应入内;
h) 做好环境条件和安全检查记录;
i) 检查外部环境是否正常，是否有对测定结果或运行环境存在明显影响的污染源，并做好记录;
j) 检查站房的网络通讯系统功能是否正常，保证数据传输正常;
k) 及时清除站房周围的杂草和积水，当周围树木生长超过规范规定的控制限时，及时剪除对采样或监测光束有影响的树枝;
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l) 检查站房是否有漏雨现象，站房外围的其它设施是否有损坏或被水浸没，如遇到以上问题及时处理，保证系统能安全运行;
m) 检查站房的安全设施，做好防火防盗工作;
n) 每周对站房内外环境卫生进行检查，及时保洁。
7.2.1.2 户外设备环境巡检
对于户外后向散射激光雷达，定期对后向散射雷达环境进行定期检查，至少每周巡检一次，巡检记录表参照附录F中的表F.2，巡检内容主要包括：
a) 检查后向散射激光雷达的供电环境是否正常，是否存在供电隐患;
b) 检查后向散射激光雷达的固定是否稳定牢靠，是否存在倾倒等风险隐患;
c) 雨后需要检查后向散射激光雷达周边环境，检查电源、主机是否有被水浸没等风险隐患，及时排水;
d) 检查后向散射激光雷达周边环境安全，做好防火防盗防雷工作。
7.2.2 监测系统日常维护
7.2.2.1 每日线上远程巡检内容
每日进行一次检查，检查设备是否正常运行，可以通过远程方式访问，记录表参照附录F中的表F.1，巡检内容主要包括：
a) 检查后向散射激光雷达激光器是否有异常或者报警;
b) 检查后向散射激光雷达软件是否工作正常，参数设置是否正常;
c) 检查网络和数据传输/上传是否正常;
d) 计算并记录背景噪声基线平整度、大气瑞利散射信号拟合斜率偏差;
e) 检查信噪比、有效探测距离、探测盲区、大气本底退偏振比是否满足要求;
f) 沙尘天气时，每日对沙尘天气下退偏振比相对偏差、沙尘天气下消光系数与 PM10 数据的相关性进行检查;
g) 记录当日有效数据率。
7.2.2.2 线下巡检维护及性能检测内容
按下列时间要求进行线下维护及检测，记录表参照附录F中的表F.3：
a) 至少半月检查一次雷达望远镜镜片表面是否清洁，如果不干净需要清理干净;
b) 至少半月检查一次天窗镜片是否清洁，如果不干净需要清理干净，沙尘天气过后应立即进行专项清洁维护;
c) 至少半月检查一次天窗加热装置功能是否正常(如配备);
d) 至少半月检查一次激光器冷却水水位是否过低，如果过低需要加水，至少每季度更换一次冷却水(仅限水冷激光器);
e) 至少半年对激光光斑形状和激光能量进行一次测试和标校，单脉冲能量应大于标称激光脉冲能量的 40%(具体测试方法由各自设备厂商确定)，确保激光输出满足正常工作要求;
f) 至少半年检查一次 0 点准确性;
g) 至少半年检测一次系统线性度;
h) 至少半年检测一次通道增益校正后差异;
i) 至少半年对磁盘进行数据整理和备份;
j) 仪器说明书规定的其他维护内容。
7
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7.2.3 故障检修
对出现故障的仪器应进行针对性的检查和维修：
a) 根据仪器厂商提供的指导手册要求，开展故障判断和检修;
b) 对于在现场能够诊断明确，并且可以通过简单更换备件解决的仪器故障，及时检修并尽快恢复正常运行;
c) 对于不能在现场完成故障检修的仪器，及时沟通设备厂商进行检查和维修;
d) 每次故障检修完成后，对仪器进行性能测试。
8 质量保证和质量控制
8. 1 基本要求
质量保证和质量控制按照HJ 817执行，各站点可根据仪器实际运行情况进行调整。质控工作记录表参照附录F中的表F.4。
8. 2 技术性能要求8.2.1 0 点准确性
使用漫反射板遮挡激光雷达的发射和接收窗口得到的回波信号中第一个峰值点，与软件上距离轴0点刻度之间差值的绝对值小于空间分辨率。
8.2.2 背景噪声基线平整度
后向散射激光雷达工作波长各信号通道背景基线噪声信号线性拟合斜率的绝对值≤10-5。
8.2.3 系统线性度
在后向散射激光雷达探测器前依次加装五档中性密度衰减片，工作波长平行通道有效信号过渡区峰值随衰减率变化的线性度≥95%。
8.2.4 大气瑞利散射信号拟合斜率偏差
在晴朗天气下，后向散射激光雷达工作波长平行通道距离平方校准信号在对数坐标下的斜率，和根据标准大气模型理论计算的大气瑞利散射距离平方校正信号在对数坐标下的斜率的相对偏差≤20%。
8.2.5 信噪比
每日线上进行一次信噪比检查，后向散射激光雷达在晴朗天气下进行信号采集，工作波长各通道有效信号幅值与随机噪声的比值即为信噪比( SNR) ，355 nm工作波长平行通道SNR≥600@0.5 km、≥ 30@2 km，532 nm工作波长平行通道SNR≥800@0.5 km、≥50@2 km，1064nm工作波长平行通道SNR≥1000@ 0.5 km、≥70@2 km。
8.2.6 有效探测距离
后向散射激光雷达在晴朗天气下进行信号采集，355 nm和532 nm工作波长通道信号信噪比SNR≥3 h对应的探测距离≥3 km，1064 nm波长对应的探测距离≥4 km。
8.2.7 探测盲区
8
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后向散射激光雷达在晴朗天气下进行原始数据采集，各工作波长近地面最低有效探测高度≤75 m。
8.2.8 通道增益校正后差异
将半波片放置在后向散射激光雷达发射光路中，通过调节半波片获得平行通道和垂直通道的相对偏差≤15%。
8.2.9 大气本底退偏振比
后向散射激光雷达在晴朗天气下，排除云和沙尘的影响，3 km以上洁净大气本底的355 nm和532 nm工作波长退偏振比在0.03～0.05之间。
8.2.10 沙尘天气判据
在未测量到云和降水的情况下，后向散射激光雷达355 nm工作波长观测的退偏振比≥0.1，532 nm工作波长观测的退偏振比≥0.2。
8.2.11 沙尘天气下退偏振比相对偏差
沙尘天气时，进行一次沙尘天气下退偏振比相对偏差检查，后向散射激光雷达在沙尘天气下，排除云的影响和相对湿度>50%的时段，有效数据高度范围内，10 min～30 min内355 nm和532 nm工作波长退偏振比测量值的相对标准偏差均≤25%。
8.2.12 沙尘天气下消光系数与 PM10 数据的相关性
沙尘天气时，进行一次沙尘天气下消光系数与PM10数据的相关性检查，激光雷达在沙尘天气下，排除云的影响和相对湿度>50%的时段，各工作波长(包含355 nm、532 nm和1064 nm)消光系数与PM10数据的相关系数R2 ≥0.7。
8.2.13 有效数据率
每个工作波长平行通道的数据获取率≥85%。
9 数据有效性判断
数据有效性判断要求如下：
a) 仪器正常运行时的所有监测数据均为有效数据，全部参与统计;
b) 对仪器进行检查、校准、维护保养或仪器出现故障等非正常监测期间的数据为无效数据;仪器启动至预热完成时段内的数据为无效数据;
c) 在仪器故障、运行不稳定或其他监测质量不受控情况下出现的零值或负值为无效数据;
d) 计算信号背景噪声平整度，提取背景段信号并进行线性拟合，如果背景噪声基线斜率绝对值不满足表 1 的要求，数据标注为无效数据;
e) 当监测信号强度达到采集系统满量程的 95%且连续 3 个或以上高度层的信号差分小于 1%时，判定为信号饱和，该段数据标注为无效数据;
f) 对于缺失和判断为无效的数据均注明原因，并保留原始记录。
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A
A
附 录 A
(资料性)
后向散射激光雷达垂直探测沙尘天气自动监测系统结构示意图
后向散射激光雷达垂直探测沙尘天气自动监测系统结构示意图见图A.1。
接收
望远镜
光源发射系统
光束发射器
脉冲激光器
光束准直器
窄带
显示器
滤光器
光电
计算机
放大器
采样平均器
探测器
接收系统 数据采集与分析系统
图A.1 后向散射激光雷达垂直探测沙尘天气自动监测系统结构示意图
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B
B
附 录 B
(资料性)
性能检测指标计算方法
B.1 0 点准确性
在后向散射激光雷达望远镜上方的保护玻璃窗位置，使用漫反射板遮挡激光雷达的反射和接收窗口(为了避免近场光过强导致探测器过饱和以及人员安全，可以调低发射激光能量或者在接收光路上加中性滤光片)，采集的回波信号中第一个峰值点即为窗口位置，通过与非遮挡的信号进行比对，可以确定起始0点位置的实测值a，并与数据采集处理软件中实际距离刻度0点值b相比较，每个通道信号(a~ b)的绝对值小于等于空间分辨率。
B.2 背景噪声基线平整度
后向散射激光雷达垂直监测开机运行，用遮挡盖工装挡住望远镜接收区域。连续采集后获得工作波长每个信号通道的背景噪声原始采集数据(积分时间不超过2 min)，以距离为横坐标，信号幅值为纵坐标，用该组原始采集数据画出原始信号廓线，根据式(B.1)计算每个通道背景噪声信号廓线的线性拟合斜率的绝对值k，分别满足表1中背景噪声基线斜率绝对值的要求。
k (B.1)
式中：
di ——原始信号的第i 个数据对应的距离，单位为米(m);
Pi ——原始信号的第i 个数据的信号幅值;
d ——为 di 的平均值;
P ——为Pi 的平均值;
n ——纳入计算的数据个数。
B.3 系统线性度
在颗粒物中度污染天气下(近地面颗粒物质量浓度150 μg/m3 ≤PM10 ≤300 μg/m3、75 μg/m3 ≤PM2.5 ≤150 μg/m3 ，湿度≤70%，避开云)，后向散射激光雷达垂直监测，避开3 km以下的云，开机运行。
依次在工作波长平行通道探测器前分别加透过率为100%、80%、50%、20%、10%的衰减片，连续采集后获得通道的原始采集数据，为了尽量降低大气变化的影响，每条数据的积分时间不超过2 min，整个测试在20 min内完成。
以距离为横坐标，信号幅值为纵坐标，用该组原始采集数据画出原始信号廓线，对原始信号廓线进行扣除背景信号处理，分别获得平行通道的有效信号廓线，每个通道可获得5条有效信号廓线。
每个波长通道分别以这5条有效信号廓线的过渡区峰值为纵坐标、以衰减片的透过率为横坐标画图，并进行线性拟合。
根据式(B.2)计算出每个工作波长平行通道的相关系数R2 均分别满足表1中系统线性度的要求。
11
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式中：
R2——各波长通道的相关系数;
n——纳入计算的数据个数，此处为 5;
τ ——衰减片透过率;
P——有效信号廓线过渡区峰值。
B.4 大气瑞利散射信号拟合斜率偏差
在近地面气溶胶质量浓度PM10 ≤150 μg/m3、PM2.5 ≤75 μg/m3，湿度≤60%的晴朗天气下，大气中的气溶胶含量处于无污染或者轻度污染的水平，后向散射激光雷达垂直探测，避开云，开机运行。
连续采集后获得1组原始采集数据，以距离为横坐标，信号幅值为纵坐标，用该组原始采集数据画出原始信号廓线，对原始信号廓线进行扣除背景、距离平方校正处理，获得距离平方校正信号S。
利用标准大气模型(参考国际标准大气模型ISA或者美国1976年标准大气模型Standard atmosphere model of the United States of 1976)，得到大气分子的瑞利散射距离平方校正信号S'。
将S和S'置于同一坐标系下绘图(纵坐标取对数)，并以S'+常数的方式调整S'的大小，使得S和S'的高空部分重合，计算两者重合部分的各自线性拟合直线的斜率k和k'，对应波长的k和k'的相对偏差满足表1中大气瑞利散射信号拟合斜率偏差的要求。
B.5 信噪比
在能见度≥10 km，湿度≤70%的晴朗天气下，后向散射激光雷达垂直监测，避开云，开机运行。
连续采集后获得工作波长平行通道原始采集数据(积分时间不超过2 min)，以距离为横坐标，信号幅值为纵坐标，用该组原始采集数据画出原始信号廓线。
根据式(B.3)、(B.4)分别计算每个工作波长平行通道信号廓线在500 m、2000 m处的信噪比均满足表1中信噪比的要求。
SNR ················ (B.4)
式中：
Noise——背景噪声;
m + n——计算背景基线结束点;
m——计算背景基线的起始点;
xi——原始信号幅值;
x——该段信号幅值的平均值，即背景基线值;
SNR——信噪比;
Signal——扣除背景基线后的有效信号。
B.6 有效探测距离
在能见度≥10 km的晴朗天气下，后向散射激光雷达垂直探测，避开云，开机运行。连续采集后获得1组原始采集数据，以距离为横坐标，信号幅值为纵坐标，用该组原始采集数据画出原始信号廓线，对原始信号廓线进行扣除背景信号处理，获得有效信号廓线。
根据式(B.3)和(B.4)计算出的有效信号廓线信噪比SNR≥3的部分为有效信号，相应的最大高度为对应波长有效探测距离，均满足表1有效探测距离的要求。
12
DB15/T 4285—2026
B.7 探测盲区
在能见度≥10 km，湿度≤70%的晴朗天气下，将后向散射激光雷达处于垂直监测状态，避开低空云，开机运行。
连续采集后获得工作波长平行通道的原始采集数据，以距离为横坐标，信号幅值为纵坐标，用该组原始采集数据画出原始信号廓线，对原始信号廓线进行扣除背景信号处理，获得有效信号廓线，统计有效信号廓线第1个波峰(为杂散光信号)和第2个波峰之间最低点在数据点中的序号。
根据式(B.5)计算出每个工作波长信号通道探测盲区满足表1中探测盲区的要求。
B = D × n ················ (B.5)
式中：
B——探测盲区，单位为米(m);
D——空间分辨率，单位为米(m);
n——第 1 个信号峰和第 2 个信号峰之间最低点在数据点中的序号。
B.8 通道增益校正后的差异
在近地面气溶胶质量浓度PM10 ≤150 μg/m3、PM2.5 ≤75 μg/m3，湿度≤60%的晴朗天气下，选择距离后向散射激光雷达大于盲区2倍以上的地方的已知目标(建筑物、山体、稳定的大气或低空云等)，将后向散射激光雷达对准该物体，开机运行。
将半波片放置于发射光路中，调节半波片出射光的偏振方向和插入半波片前一致。
连续采集后分别获得平行通道和垂直通道的原始采集数据，以距离为横坐标，信号幅值为纵坐标，用该2组原始采集数据画出2组原始信号廓线，该2组原始信号廓线扣除背景噪声后的有效信号廓线峰值P1 和S1。
将半波片旋转45°后，连续采集后获得平行通道和垂直通道的原始采集数据，以距离为横坐标，信号幅值为纵坐标，用该2组原始采集数据画出2组原始信号廓线，该2组原始信号廓线扣除背景噪声后的有效信号廓线峰值P2 和S2。
根据式(B.6)、(B.7)、(B.8)计算出的相对偏差满足表1中通道增益校正后差异的要求。
D ················· (B.6)
D2 = ················· (B.7)
D (B.8)
式中：
D1——退偏振比 1;
K——通道增益比;
S1 ——半波片旋转前 532 nm 垂直通道有效信号廓线峰值;
P1——半波片旋转前 532 nm 平行通道有效信号廓线峰值;
D2——退偏振比 2;
P2——半波片旋转后 532 nm 平行通道有效信号廓线峰值;
S2——半波片旋转前 532 nm 垂直通道有效信号廓线峰值;
D%——相对偏差;
Dmax——D1 和D2 中的大值。
B.9 大气本底退偏振比
13
DB15/T 4285—2026
后向散射激光雷达在晴朗天气下，排除云和沙尘的影响，每个工作波长测量的3 km以上洁净大气本底的退偏振比满足表1中大气本底退偏振比的要求。
B.10 沙尘天气判据
在未测量到云和降水的情况下，对应工作波长的退偏振比满足表2的要求时，视为沙尘天气。
B.11 沙尘天气下退偏振比相对偏差
后向散射激光雷达在沙尘天气下开机连续运行。
在有效数据高度范围内，选取空间范围在250 m，例如1050 m～1300 m之间的数据进行比对，剔除云、相对湿度>50%以及不满足信噪比指标要求的数据。
根据式(B.9)、(B.10)计算出的 10 min～30 min 内每个工作波长退偏振比测量值的相对标准偏差满足表 2 的要求。
S (B.10)
式中：
σ——样本标准差;
n——比较样本个数;
xi——激光雷达的第 i 个退偏振比测量值;
x- ——激光雷达退偏振比测量值的平均值;
S%——相对标准偏差。
B.12 沙尘天气下消光系数与 PM10 数据的相关性
后向散射激光雷达在沙尘天气下开机连续运行。
有效数据高度范围内，选取空间范围在250 m，例如1050 m～1300 m之间的数据进行比对，剔除云、相对湿度>50%以及不满足信噪比指标要求的数据。
根据式(B.11)计算出的每个工作波长消光系数与PM10数据的相关系数R2满足表2的要求。
式中：
R2——相关系数;
n——样本数;
xi——第 i 个时刻的激光雷达消光系数;
x- ——激光雷达消光系数样本的均值;
yi——对应时刻 i 的激光雷达 PM10 浓度值;
y- ——激光雷达 PM10 浓度样本的均值。
B.13 有效数据率
监测系统正常运行时的所有监测数据均为有效数据，应全部参与统计。
对设备进行检查、校准、维护保养或设备出现故障等非正常监测期间的数据为无效数据，两次校准、维护保养间隔不应小于7 d;设备启动至设备预热完成时段内的数据为无效数据。
在设备故障、运行不稳定或其他监测质量不受控情况下出现的零值或负值为无效数据，不参加统计。
14
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对于缺失和判断为无效的数据均应注明原因，并保留原始记录。
按公式(B.12)计算有效数据率D，结果满足表1有效数据率的要求。
D
式中：
D——有效数据率，单位为百分比(%);
T1——雷达统计周期的总时间，单位为天(d);
T2——统计周期内激光雷达维护和故障的时间，单位为天(d)。
15
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C
C
附 录 C
(资料性)
后向散射激光雷达垂直探测沙尘天气自动监测系统安装调试报告后向散射激光雷达垂直探测沙尘天气自动监测系统安装调试报告见表C.1～C.4。
后向散射激光雷达垂直探测沙尘天气自动监测系统安装调试报告
站点名称：
仪器名称：
单位名称： (公章)
年 月 日
16
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表C.1 后向散射激光雷达垂直探测沙尘天气自动监测系统站点基本信息
站点名称
点位类型
站点建设性质(新、改
建)
管理(托管)单位
主管部门
通道类型
□1064 nm
□532 nm
□355 nm
站房面积
站房结构
天窗距地面高度
天窗距站房房顶高度
站点周围情况简述：
站点地理位置
省 市 县(区) 路(乡，镇) 号(村)
东经： 北纬：
仪器供应商
建设开工日期
年 月 日
投入试运行日期
年 月 日
17
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表C.2 后向散射激光雷达垂直探测沙尘天气自动监测系统点位和天窗口周边情况表
站点名称
站点地址
项目
具体要求
是否符合
是 √
否×
点位周边情况
监测点周围没有阻碍激光光路的高大建筑物、树木或其他障碍物
监测点周围建设情况是否稳定
监测点是否能长期使用，且不会改变位置
监测点是否地处相对安全和防火措施有保障的地方
监测点附近没有强电磁干扰
监测点附近是否具备稳定可靠的电源供给
监测点的通信线路是否方便安装和检修
监测点周边是否有便于出入的车辆通道
天窗口位置情况
天窗距地面的高度是否在 2.5 m 以上
天窗口离建筑物墙壁、屋顶等支撑物表面的距离是否大于 1 m
当设置多个天窗时，天窗口之间的水平距离是否大于 6 m
其它情况
小结
18
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表C.3 后向散射激光雷达垂直探测沙尘天气自动监测系统站房建设和仪器安装情况表
站点名称
站点地址
仪器编号
安装人员
项目
具体要求
是否符合
是 √
否×
一般要求
站房面积不小于 15 m2
站房室内地面到天花板高度不小于 2.5 m
站房是否有防水、防潮、隔热、保温措施
站房是否有符合要求的防雷和防电磁干扰设施
站房排气口离站房内地面的距离是否在 20 cm 以上
站房内环境条件：温度(25±10)℃;相对湿度≤85%;大气压 80 kPa～106 kPa
配电要求
站房供电系统是否配有电源过压、过载保护装置
站房内是否采用三相五线供电，分相使用
站房内布线是否加装线槽
辅助设施
空调
空调机出风口未正对仪器
空调是否具有来电自启动功能
配套设施
站房是否配备自动灭火装置
站房是否安装有带防尘百叶窗的排气风扇
仪器安装
仪器安装完成后，后方空间是否大于等于 0.8 m
仪器安装完成后，顶部空间是否大于等于 0.4 m
天窗与屋顶法兰连接部分密封防水
天窗支撑部件与房顶的连接应牢固、可靠，防水密封
数据采集和传输设备是否能正确记录、存储与显示采集到的数据和状态
其它情况
19
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表C.4 后向散射激光雷达垂直探测沙尘天气自动监测系统调试检测记录表
站点名称
仪器编号
调试检测日期
检测人员
项目
· 检测结果
是否符合要求
是 √
否×
备注
0 点准确性
绝对偏差
背景噪声基线平整度
拟合斜率绝对值
系统线性度
线性度(%)
大气瑞利散射信号拟合斜率偏差
斜率偏差(%)
信噪比
1064 nm
532 nm
355 nm
有效探测距离(km)
1064 nm
532 nm
355 nm
探测盲区(m)
1064 nm
532 nm
355 nm
通道增益校正后差异
532 nm
355 nm
调试检测结论
编制人：
审核人：
批准人：
日期：
日期：
日期：
20
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D
D
附 录 D
(资料性)
后向散射激光雷达垂直探测沙尘天气自动监测系统试运行报告
后向散射激光雷达垂直探测沙尘天气自动监测系统试运行报告见表D.1。
后向散射激光雷达垂直探测沙尘天气自动监测系统试运行报告
站点名称：
仪器名称：
单位名称： (公章)
年 月 日
21
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表D.1 后向散射激光雷达垂直探测沙尘天气自动监测系统试运行情况记录表
站点名称
站点地址
开始时间
结束时间
故障次数
故障出现时间
故障现象
故障小时数
签名
1
2
3
…
检查、校准、维护次
数
维护时间
维护项目
维护小时数
1
2
3
…
雨雪低云天气
时间
天气
小时数
1
2
…
有效数据率(%)
编制人：
审核人：
批准人：
日期：
日期：
日期：
22
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E
E
附 录 E
(资料性)
后向散射激光雷达垂直探测沙尘天气自动监测系统验收报告后向散射激光雷达垂直探测沙尘天气自动监测系统验收报告见表E.1、E.2。
后向散射激光雷达垂直探测沙尘天气自动监测系统验收报告
站点名称：
仪器名称：
报告编制单位名称： (公章)
年 月 日
23
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表E.1 基本情况
后向散射激光雷达垂直探测沙尘天气自动监测系统安装单位：
联系人：
单位地址：
邮政编码：
联系电话：
安装点位：
系统名称及型号：
通道类型：
系统生产单位：
系统试运行单位：
试运行完成时间：
是否具备后向散射激光雷达垂直探测沙尘天气自动监测系统的安装调试报告、试运行报告(含试运行监测数据报表)：
是否具备质量保证和质量控制计划文档：
是否具备后向散射激光雷达垂直探测沙尘天气自动监测系统的技术档案：
备注
24
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表E.2 验收记录表
仪器名称
仪器编号
验收监测日期
监测人员
性能指标验收
检测结果
是否符合要求
是 √
否×
备注
0 点准确性
绝对偏差
背景噪声基线平整度
拟合斜率绝对值
系统线性度
线性度(%)
信噪比
1064 nm
532 nm
355 nm
有效探测距离(km)
1064 nm
532 nm
355 nm
探测盲区(m)
1064 nm
532 nm
355 nm
通道增益校正后差异
532 nm
355 nm
大气本底退偏振比
532nm
355 nm
沙尘天气下退偏振比相对偏差
532 nm
355 nm
沙尘天气下消光系数与 PM10
的相关性
532 nm
355 nm
沙天气判据
532 nm
355 nm
有效数据率
联网验收
相关制度、记录和档案验
收
仪器操作和使用制度
仪器质量保证和质量控制计划
仪器档案
验收结论
验收组成员(签字)：
年 月 日
25
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26
DB15/T 4285—2026
F
F
附 录 F
(资料性)
后向散射激光雷达垂直探测沙尘天气自动监测系统巡检、性能检测和质控工作记录表
后向散射激光雷达垂直探测沙尘天气自动监测系统巡检和性能检测记录内容见表F.1～F.4。
表F.1 后向散射激光雷达垂直探测沙尘天气自动监测系统巡检线上远程巡检记录表(每日)
站点名称：
进站时间
时 分
离站时间
时 分
激光雷达品牌、型号、编号
检查项目
检查结果
故障处理记录
1064 nm
532 nm
355 nm
检查雷达激光器是否有异常或者报警
检查雷达软件是否工作正常，参数设置是否正常
检查网络和数据传输/上传是否正常
背景噪声基线平整度检查
大气瑞利散射信号拟合斜率偏差检查
信噪比检查
有效探测距离检查
探测盲区检查
大气本底退偏振比检查
沙尘天气下退偏振比相对偏差检查
沙尘天气下消光系数与 PM10 数据的相关性检查
有效数据率计算
巡检人
复核人
巡检日期
年 月 日
复核日期
27
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表F.2 后向散射激光雷达垂直探测沙尘天气自动监测系统站点环境巡检记录表(半月)
站点名称：
进站时间
时 分
离站时间
时 分
序号
巡检内容
检查结果
备注
1
点位周围环境变化情况
合格 o不合格
2
点位周围安全隐患
合格 不合格
3
点位周围道路、供电线路、通讯线路、给排水设施完好或损坏状况
合格 不合格
4
站房外围的防护栏、隔离带有无损坏情况
合格 不合格
5
视频监控系统是否正常
合格 不合格
6
周围树木是否需要修剪
合格 不合格
7
站房防雷接地是否完好
合格 不合格
8
检查外部环境是否正常，有没有对测定结果或运行环境存在明显影响的污染源，并做好记录
合格 不合格
以上为站房外部及周边巡检内容
9
站房内部的供电、通讯是否畅通
合格 不合格
10
站房内部给排水、供暖设施、空调工作状况
合格 不合格
11
各种消防、安全设施是否完好齐全
合格 不合格
12
站房内有无异常声音
合格 不合格
13
站房内有无异常气味
合格 不合格
14
站房温度(25±10℃)、相对湿度(85% RH 以下)是否符合要求，每年对站房空调至少进行一次维护保养
合格 不合格
15
冬、夏季节应注意站房内外温差，光学镜片表面是否出现冷凝水情况
合格 不合格
16
稳压电源参数是否正常
合格 不合格
17
各电源插头、线板工作是否正常
合格 不合格
18
持站房内部环境清洁，布置整齐，各仪器设备整洁，设备标识清楚
合格 不合格
19
激光雷达固定是否牢靠，是否存在倾倒等风险隐患
合格 不合格
20
门窗关闭良好，人走关门，非工作人员未经许可不得入内
合格 不合格
巡检人
复核人
巡检日期
年 月 日
复核日期
年 月 日
28
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表F.3 后向散射激光雷达垂直探测沙尘天气自动监测系统性能检测工作记录表
站点名称：
进站时间
时 分
离站时间
时 分
激光雷达品牌、型号、编号
环境条件
气温(℃):
相对湿度(%)：
其它：
序 号
性能检测内容
检测结果
是否合格
故障处理记录
1064 nm
532 nm
355 nm
1
检查雷达望远镜镜片表面是否清洁，如果不干净需要清理干净(半月)
2
检查天窗镜片是否清洁，如果不干净需要清理干净(半月)
3
检查天窗加热装置功能是否正常(如配备)(半月)
4
检查激光器冷却水水位是否过低，如果过低需要加水(半月)，每季度更换一次冷却水(仅限水冷激光器)
5
对激光光斑形状和激光能量进行测试和标校，单脉冲能量应大于标称激光脉冲能量的 40%(具体测试方法由各自设备厂商确定)，确保激光输出满足正常工作要求
(半年)
6
0 点准确性检查(半年)
7
系统线性度检测(半年)
8
通道增益校正后差异检测(半年)
9
有效数据率(半年)
10
对磁盘进行数据整理和备份(半年)
11
仪器说明书规定的其他维护内容
检测人
复核人
检测日期
年 月 日
复核日期
年 月 日
29
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表F.4 后向散射激光雷达垂直探测沙尘天气自动监测系统质控工作记录表
性能指标
检测结果
是否符合要求
是 √
否×
备注
0 点准确性
绝对偏差
背景噪声基线平整度
拟合斜率绝对值
系统线性度
线性度(%)
信噪比
1064 nm
532 nm
355 nm
有效探测距离(km)
1064 nm
532 nm
355 nm
探测盲区(m)
1064 nm
532 nm
355 nm
通道增益校正后差异
532 nm
355 nm
大气本底退偏振比
532 nm
355 nm
沙尘天气下退偏振比相对偏差
532 nm
355 nm
沙尘天气下消光系数与 PM10
的相关性
532 nm
355 nm
沙天气判据
532 nm
355 nm
有效数据率
30
