生物气溶胶的激光光谱识别研究

生物气溶胶对人类的健康、动植物的生长可构成很大的威胁。生物气溶胶的激光光谱识别和荧光雷达探测研究有利于人类与传染疾病作斗争。有条件采样单位于生物气溶胶荧光光谱分析仪在荧光收集系统之后巧妙地把粒子的弹性散射光和未经色散的荧光按产生的时间先后分成两个部分。光谱仪有条件采样过程可降低数据采集和数据处理速率，提高信噪比。有条件触发单粒子生物气溶胶荧光光谱分析仪的光源为一台连续的Ar＋激光器和一台四倍频Nd：YAG激光器，可得到紫外荧光信息，扩大了应用范围。该仪器必须满足严格的时序条件和逻辑条件。利用紫外激光诱导荧光雷达探测技术可进行生物气溶胶及生物战剂的识别研究。一台紫外－荧光雷达系统，当探测距离为3000m时，浓度探测极限为500mg／m3。一种长距离生物传感探测系统可对正在运动中的气溶胶云团进行测距、探测和跟踪，跟踪高度可达30km。     

激光诱导荧光探测气溶胶装置的研制及实验研究

基于激光诱导荧光原理研制出一套激光诱导荧光探测气溶胶的装置。该装置采用Nd:YAG脉冲激光器产生355 nm波长脉冲激光,经过引导后进入样品池,激发出的荧光被系统收集后进入高分辨率光栅光谱仪,得到样品的荧光光谱图。选用还原型辅酶I（NADH）和核黄素两种典型的生物荧光物质对系统的性能进行测试,在355 nm激光激发下,获取了还原型辅酶I（NADH）、核黄素荧光光谱图;研究了样品浓度对于荧光光谱强度的影响,结果表明在低浓度范围荧光强度与浓度呈线性关系;考查了激光能量对荧光强度的影响,在一定能量范围荧光强度与激光能量呈线性关系,但当激光能量达到一定值后荧光强度会发生饱和。该装置所建立的生物性物质荧光数据库有利于了解和掌握生物荧光特性,对于进一步实现生物气溶胶远距离探测具有重要意义。     

生物气溶胶的激光光谱识别研究

生物气溶胶对人类的健康，动植物的生长可构成很大的威胁，生物气溶胶的激光光谱识别和荧光雷达探测研究有利于人类与传染疾病作斗争，有条件采样单粒子生物气溶胶荧光光谱分析仪在荧光收集系统之后巧妙地把粒子的弹性散射光和未经色散的荧光安产生和时间先后分成四个部分，光谱仪有条件采样过程要降低数据采集和数据处理速率，提高信噪比，有条件触发单粒子生物气溶胶荧光光谱分析的光源为一台连续的Ａｒ＾＋激光器和一台四倍频Ｎｄ     

全天时多波长激光雷达系统研制与信噪比分析

利用Nd:YAG激光器产生10 Hz的1064、532和355 nm激光束作为光源,研制了用于对流层大气气溶胶探测的全天时多波长激光雷达,实现了溶胶Mie散射信号在紫外、可见和红外三个波段的精细分离和提取。通过小孔光阑和窄带干涉滤光片对背景光的强烈抑制,实现了全天时探测。通过对三波长Mie散射信号日间和夜间探测信噪比数值仿真和实际探测信噪比分析,得出日间探测时532 nm的信噪比最低,夜间探测时355 nm的信噪比最低,这与数值仿真结果一致。通过分析实际探测信噪比为1时的数据,得到该系统日间探测高度可达8~10 km,夜间探测高度可达10~12 km。对西安地区晴天、多云天和雾霾天的初步探测结果表明,该多波长激光雷达的性能完全能够满足对流层内气溶胶粒子的全天时和不同天气情况下的探测要求。     

大气CO_2相干探测激光雷达系统性能分析

探测大气CO2浓度对气候环境的研究具有重要意义.采用相干探测较非相干探测具有更高的信噪比.目前1.5 μm波长由于在人眼安全、系统设计简单廉价等方面存在一定优势,使1.5 μm可能成为未来探测大气分子或气溶胶激光雷达的主流波长.阐述了激光雷达相干探测大气CO2的原理,设计了1.5 μm相干探测激光雷达系统,并对系统的信噪比进行了估算,得出结论:1.5 μm相干探测CO2是可行的,经过3 min的脉冲积累,在3 km处仍具有高于10的信噪比值.该激光雷达相干探测系统也可用于大气风场探测.     

机载双波长米散射激光雷达大气回波信号与信噪比的模拟计算

为了研究机载双波长米散射激光雷达的技术参数对其探测性能的影响,为该激光雷达的设计与研制提供理论分析依据,使用合适的大气消光模式和机载米散射激光雷达方程,对其接收的大气后向散射回波信号以及信噪比进行了模拟计算,讨论了几何重叠因子和不同消光模式对回波信号的作用,分析了激光脉冲能量、累积激光脉冲数、接收视场、滤光片半宽度等技术参数对信噪比的影响.结果表明设计的机载激光雷达完全可以进行10 km高度以下大气气溶胶和云的探测.     

高信噪比云与气溶胶探测仪成像系统设计

为获取高信噪比的气溶胶遥感数据,针对光谱仪成像系统链路分析了影响云与气溶胶探测仪信噪比的关键因素。结合光谱仪成像电路系统的响应模型,确定了电子学系统信噪比的表达式,针对可见探测器和红外探测器。提出了模块化的高信噪比成像光谱仪电路系统的设计方法,并描述了云与气溶胶探测仪成像电路系统从总体设计到模块设计的完整研制方案。对云与气溶胶探测仪进行辐射定标试验,试验结果表明:可见单机各通道在典型辐亮度条件下最小信噪比为50.9 dB,红外单机各通道在典型辐亮度条件下最小信噪比为62.3 dB,满足指标要求。针对可见探测器和红外探测器的成像电路系统设计方法对其他光谱仪电路系统设计具有借鉴意义。     

探测有机气溶胶荧光激光雷达的设计研究

为了能够实现对大气中有机气溶胶颗粒的探测,采用激光诱导荧光技术,提出了适用于探测大气有机气溶胶颗粒的荧光激光雷达系统模型.对系统模型及探测原理进行了详细描述,给出了荧光雷达系统参数,并对系统的探测能力进行了模拟.结果表明,该系统在夜间测量时,在5km以下,对有机颗粒的最小可探测浓度可达到几个颗粒/L;对于白天测量,由于太阳背景辐射的影响,在2km以内有较高的灵敏度,最小可探测浓度可达到10个颗粒/L,基本上能够满足实际应用中对有机气溶胶颗粒探测的要求.这对荧光雷达系统的搭建提供了有利的指导.     

星载云–气溶胶激光雷达光机系统结构及研究进展

气溶胶辐射强迫效应主要通过气溶胶与辐射相互作用(aerosol-radiation interaction, ARI)和气溶胶与云相互作用(aerosol-cloud interaction, ACI)两种途径来影响地球辐射收支平衡,联合国气候变化政府间专家委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)在第五次报告指出,气溶胶与云的相互作用是最主要的不确定性辐射强迫因子之一。在云–气溶胶全球探测领域中,星载云–气溶胶遥感雷达的探测能力与发展方向对研究者们研究全球云–气溶胶分布特点越来越重要。首先对星载云–气溶胶遥感雷达技术的应用现状进行了分析,并针对典型星载云–气溶胶激光雷达（激光雷达空间技术实验LITE、正交偏振云–气溶胶激光雷达CALIPSO、云–气溶胶传输系统CATS、大气激光雷达ATLID）的探测任务、光机系统参数、结构及材料等技术特点进行了详细的分析研究;其次从工作机制、光机系统结构、应用材料和探测能力等方面对各星载云–气溶胶激光雷达系统特点进行了对比,提出星载云–气溶胶激光雷达光机系统结构设计特点与方法;最后分析了当前星载云–气溶胶激光雷达系统技术特点及发展方向,为我国发展星载云–气溶胶激光雷达提供技术方向及发展建议。     

生物战剂/气溶胶激光雷达遥测技术研究

散射、荧光和偏振信息是生物战剂/气溶胶时空观测和识别的有效数据源。对Mie散射、紫外激光诱导荧光和偏振探测激光雷达的原理、数据反演等进行了阐述和讨论,并对消光系数、荧光和退偏振比的探测结果进行了探讨。实验和数据表明,消光系数、退偏振比和荧光的时空分布,用于生物战剂/气溶胶的探测和识别是可行的。