化学气体CO2差分吸收激光雷达告警技术的研究

为了对大气中化学污染物实时检测,采用差分吸收技术,研制出了CO2激光差分吸收雷达原理样机,介绍了CO2激光差分吸收雷达技术,阐述了差分吸收雷达的基本工作原理,并对激光雷达系统各分系统及工作流程作了描述,对雷达系统的实物仿真及系统联调进行了模拟试验,完成系统的多项功能的实际检测。试验结果表明,激光器光源的光束特性(激光束输出模式及吸收峰和吸收谷支线的光束相互指向稳定性等)对雷达系统的作用距离及侦测误报率及漏报率的影响非常大。     

差分吸收激光雷达(DIAL)系统

一种新颖的激光雷达——差分吸收光雷达(DIAL)系统,将广泛地应用于监测大气成分分子的浓度、温度、压力、速度和其它参数,以及研究光与大气微量物质的相互作用.本文将首先简述各种激光雷达系统的原理和性能,然后综述运用差分吸收原理的激光遥感技术,并对其应用前景进行了展望.     

多普勒测风激光雷达从车载到星载

阐述了星载对地测风激光雷达系统对于全球大气气象研究的意义,总结了国际星载测风雷达系统的研究思路。介绍了中国海洋大学在国际上地基、机载、星载这一激光雷达研究思路下,基于碘分子吸收滤波器设计的车载、机载激光雷达系统和相关系统的验证实验,在地基测风系统的基础上建立了532 nm波段基于碘分子吸收滤波器或法布里-珀罗滤波器的Labview星载模拟软件。使用车载系统的实际测量数据对使用碘分子吸收滤波器的模拟测风激光雷达软件在0~3 km和3~20 km的测风精度进行模拟验证,结果表明回波累积脉冲次数在1300次的时候,可以达到星载测风雷达的测量要求。     

车载测污激光雷达探测近地面层臭氧

介绍了运用差分吸收激光雷达技术探测臭氧的原理,给出了车载测污激光雷达(AML-2)的系统结构,从垂直、水平、二维扫描等方面分别给出了AML-2探测近地面层臭氧的典型结果和时空分布图,并对其进行了分析.对研究近地面层臭氧时空分布规律和环境污染监测有着重要的意义.     

一套测量对流层臭氧的差分吸收激光雷达系统

差分吸收激光雷达是探测对流层臭氧分布的一种先进工具。研制了一套车载差分激光雷达系统,系统基于NdYAG四倍频激光和拉曼频移技术产生紫外差分光源,并采用卡塞格林(Cassegrain)型望远镜,利用光栅光谱仪分离四波长的回波信号,使用光子计数和模拟采集相融合的方式采集数据。讨论分析了系统的测量精度并与臭氧探空仪进行了对比验证实验。实验结果表明,两台仪器测量的对流层臭氧具有很好的一致性,证实了车载差分吸收激光雷达系统及臭氧浓度分析软件的可靠性。     

CO2差分吸收激光雷达信号处理

针对CO2差分吸收激光告警雷达系统,研究累加平均和匹配滤波两种算法.将两种方法进行耦合,结合了各自的优点,使得激光雷达在小信噪比下工作,提高了检测距离,计算出较远距离时,化学物质的CL浓度值.将该方法应用到CO2差分吸收激光告警雷达系统中.通过仿真实验,能有效地去掉噪声和强干扰信号,在保持原信号特征的情况下,较准确地提取出有效的弱信号,计算出化学物质的浓度距离,模拟出测量到某种化学物质.     

Chirped AM激光雷达中线性调频信号的产生

线性调频强度调制(Chirped AM)激光雷达将微波雷达中调频测距原理巧妙地应用于激光雷达,用一个线性调频的射频副载波调制激光输出强度.介绍了FM测距的基本数学原理,及激光雷达系统的基本构成和工作原理.在分析对比本体制激光雷达中一项关键技术一一线性调频信号产生几种实现方法的基础上,依据直接数字频率合成和正交调制技术,提出了一种宽带线性调频信号产生方案.介绍了信号发生系统的基本结构以及工作原理,探讨了系统实现的关键技术、技术难点及改进办法.     

各种体制与用途的雷达及系统

Y2000-62079-521 0020773相干和 DIAL 激光雷达=Coherent and DIAL lidar[会,英]//1999 IEEE Conference on Lasers and Electro-Op-tics.—521～524(F)本部分收录7篇论文摘要。介绍了 SPARCLE 计划中空间风测量的相干多普勒风测量激光雷达,用于光学传感的采用振幅压缩局部振荡器的亚散射噪声限制相干光波探测,作为相干雷达光源的平均输出功率0.5W 的宽带纳秒激光器的时间解析发射谱,利用差分吸收激光雷达采用1.67微米波长对甲烷泄漏进行远程监控,微型调幅差分吸收激光(DIAL)雷达系统,先进水蒸汽 DIAL 探测系统。     

车载大气环境监测激光雷达数据处理和结果显示

本文介绍了一种用于大气污染监测的车载激光雷达.首先简要介绍了车载大气环境监测激光雷达系统的系统组成和测量原理.随后阐述了利用差分吸收测量原理(DIAL)即利用待测气体分子的光谱吸收特性测量该气体的浓度,通过对激光雷达测量得到回波数据进行处理和分析,获得O3、NO2、SO2等污染气体浓度的时空变化.并可以将污染物浓度数据根据用户需要和当时测量要求通过浓度廓线图、浓度随时间变化的分色图、浓度随扫描角变化的扫描分色图、和浓度三维立体变化分色图等方式实时显示出来.这种快速大范围的三维测量和显示O3、NO2等多种大气污染物浓度的大气监测手段为国内首创.(OE6)     

小型机载光雷达系统测量甲烷

小型机载光雷达系统测量甲烷加州ＳＲＩ国际公司的工程师对在较小飞行器上以中红外波长工作的机载差分吸收光雷达（ＤＩＡＬ）系统作了成功的野外试验。该系统演示表明，差分吸收光雷达可以探测非均匀地面以上Ｉｂｍ高度处的顺风甲烷气流。差分吸收光雷达系统的工作很像单...     

红外多谱线吸收激光雷达

在激光光谱学中,差分吸收光谱方法很好地解了背景吸收对测量的影响,并常用于各种激光探污雷达中。但差分吸收方法由于所选用的两条谱线的隔离,参考线的背景吸收并不能完全代替吸收线的背景吸收,常常伴有其他干扰成分的微弱吸收峰,影响了测量结果。 本文在差分吸收激光雷达方程的基础上,考虑在各参考线上有微弱吸收峰的情况,由     

基于LabVIEW的测污激光雷达三维扫描控制系统的设计

激光雷达作为一种主动式遥感技术被广泛应用于大气及海洋环境监测中。三维扫描系统丰富了测污激光雷达探测污染气体浓度的空间范围。介绍了承担研制的测污激光雷达系统结构。给出了扫描控制系统的硬件构成。介绍了LabVIEW设计测控程序常用的两种编程结构。采用LabVIEW基于事件的生产者/消费者模式结合状态机的结构设计了测污激光雷达三维扫描控制系统。测试结果表明,测控系统稳定,可靠且易于系统集成。     

使CO2浓度测量误差减小的星载激光雷达波长优化

研究了星载积分路径差分吸收（IPDA）激光雷达系统工作波长与大气CO2 分子柱线浓度测量误差之间的关系,并优化波长以降低测量误差。首先介绍CO2 分子柱线浓度测量原理,理论分析并模拟仿真了系统随机误差、温度不确定性误差、频率不稳定性误差和水蒸汽干扰误差随激光雷达工作波长变化关系,优化工作波长使浓度测量总误差达到最小值。最终选定激光雷达on-line波长为6361.2250cm-1,off-line 波长为6 360.99 cm-1,并仿真计算得到温度不确定性为1 K、频率不稳定度为0.6 MHz 时,共导致的CO2 柱线浓度测量误差为0.58710-6,达到CO2 浓度测量精度110-6 的要求,为星载IPDA 激光雷达系统实现高精度CO2 柱线浓度探测优化系统参数提供了参考。     

激光雷达

在雷达中使用光波代替无线电波,使雷达的测距精度和角座标精度大大提高。本文介绍几种激光雷达,并提供方块图和一定的技术性能。阐明了光雷达中基本元件的工作原理,拜考虑了研制新型光雷达系统的几种可能途径。     

车载激光雷达探测低层大气中NO_2

在北京城区和城郊利用第二代车载测污激光雷达(AML-2)进行了外场测量实验,利用差分吸收技术从垂直、水平方向分别给出了低层大气中污染物NO2的典型测量数据。结果表明:城区的NO2浓度明显高于城郊地区的水平,并且也证实了利用该系统可以有效地监测低层大气的污染情况,为空气中有害气体的光学遥测提供了有效的测量手段。     

多波长水汽探测激光雷达回波仿真及误差分析

大气水汽含量随海拔升高急剧减小,为准确获得水汽浓度随高度的分布,设计多波长发射水汽探测星载距离分辨差分吸收激光雷达(DIAL)。选取波长相差较小,水汽吸收截面不同的4个发射波长:其中3个吸收截面较大的波长作为信号光束,第4个吸收截面较小的波长作为参考光束,分3组对不同海拔高度处的水汽浓度进行分段探测。对4个发射波长的回波信号进行了仿真模拟,为验证其水汽探测能力,在白天和夜晚对3组波长水汽浓度探测的相对误差进行分析讨论。结果表明,在相对误差小于20%的情况下,该多发射波长星载距离分辨差分吸收激光雷达系统可以实现白天对流层(小于12 km)、夜晚平流层底以下(小于15 km)水汽浓度的探测。理论上初步证实了该多波长星载距离分辨差分吸收激光雷达能全天时精确地探测对流层水汽浓度分布。     

拉曼差分法探测大气中的臭氧

介绍了拉曼差分法测量对流层底部污染物O_3的基本原理。计算和研究了N_2,O_2的拉曼光谱强度分布特征,利用O_3对N_2,O_2紫外波段拉曼散射光的不同吸收特性,推导出O_3浓度反演公式;设计了拉曼差分激光雷达(Raman-DIAL)系统,该系统采用双通道分别接收N_2和O_2对紫外266 nm激光的拉曼散射光,通过拉曼差分法反演大气中O_3浓度。分析了激光雷达系统噪声的来源,对双通道滤光片提出了相应的要求;分析了大气中污染物SO_2,NO_2在紫外波段的吸收特性对拉曼差分法测量O_3的影响及造成的相对误差;利用差分激光雷达AML-2测得的O_3数据模拟了拉曼差分激光雷达系统N_2与O_2的拉曼信号,从而证实了该方法探测对流层底部大气臭氧含量垂直分布的可行性。     

车载测污激光雷达电厂周边SO2测量研究

为验证AML-2车载测污激光雷达对较高二氧化硫浓度及其起伏变化的可测性,对电厂周边二氧化硫浓度作了针对测量.利用Nd:YAG激光器的四倍频抽运甲烷和氘气,获得它们一级斯托克斯Raman频移波长288.38 nm和289.04 nm用于二氧化硫的差分测量.在烟道方位探测到峰值浓度约1300 ppb的二氧化硫分布.得到了烟囱上下风处垂直剖面二氧化硫浓度分布图.反映了电厂废气排放对周边环境的影响.验证了AML-2车载测污激光雷达对较高二氧化硫浓度及其起伏变化的可测性.     

增益调制非扫描激光雷达距离像的仿真及实验验证

仿真研究有助于增益调制非扫描激光雷达系统设计的优化,并对其构成和成像原理进行分析。建立了增益调制非扫描激光雷达的理论模型,提出一个用于雷达成像的标准目标,根据所建立的理论模型和成像过程,编制了仿真软件,对增益调制非扫描激光雷达系统进行仿真模拟,并与实验结果进行对比。仿真实验结果与实验结果的一致性表明,仿真模型比较贴近实际,有助于增益调制非扫描激光雷达系统的方案设计和参数优化。     

机载激光雷达测量二氧化碳浓度误差分析

差分吸收激光雷达是高精度测量大范围二氧化碳浓度的有效手段。研究了机载路径积分差分吸收激光雷达测量二氧化碳柱线浓度的主要误差项,分析了这些误差项导致的二氧化碳柱线浓度反演误差。介绍了机载差分吸收激光雷达基本工作原理,并理论分析了大气温度、压强和水汽不确定性误差,激光频率稳定性和飞机姿态速度测量不确定性等系统误差,以及不同地表反射率产生的随机误差。分析结果表明:在二氧化碳浓度380 ppm(1 ppm=10-6)时,机载激光雷达二氧化碳柱线浓度综合测量误差约为0.71 ppm,满足1 ppm的二氧化碳柱线浓度高精度测量需求。