瑞利激光雷达探测大气温度算法分析

介绍了瑞利激光雷达的基本结构，描述了使用瑞利散射激光雷达探测平流层和中间层低部大气温度的数据处理方法，构建同时包含标准大气模式温度信息和实际探测背景噪声的模拟数据，对此模拟数据进行背景扣除、平滑去噪、参考点选取等计算分析，探讨提高温度反演精度的实用算法。并应用此数据处理方法对瑞利激光雷达的实际测量数据进行了计算处理，将计算结果与模式CIRJA86、HALOE卫星数据进行对比分析，反演高度30～45km时误差1—3K，45～65km误差大约在2—5K，65—70km误差〈10K。     

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。     

双光栅纯转动拉曼测温激光雷达单色仪的光学设计

纯转动拉曼测温激光雷达中采用双光栅单色仪结构的优点是能提供优于10-7抑制比,能够很好地抑制瑞利-米氏散射,得到纯度很高的转动拉曼谱,并且能够提高光的透射率,具有长期稳定性,但双光栅单色仪的光路结构复杂一直是系统中的难点。首先对两种光栅光路结构进行讨论,得出光纤对称式光栅光路结构对于光栅效率的利用要优于光纤直线排列式光路结构,并通过对光栅公式和转动拉曼光谱公式结合,推导出光栅闪耀级次和衍射角关系方程。当光栅常数为600line/mm时,其第5级为最佳闪耀级次。     

一种新型双光栅光谱仪光学系统设计与优化

由于所需测量的光谱范围较宽（276～700 nm）,而CCD 探测器的接收面尺寸较小（14.3 mm10.5 mm）,根据所选用的平面光栅元件参数,采用传统的车尔尼-特纳型结构是无法满足的。基于该结构,利用光线相对光栅的入射角和衍射角与光栅转角的关系,提出了使用两块反射式平面光栅进行光谱分离的方法。通过理论计算,确定了两段光谱范围和两光栅的旋转及俯仰角度,采用ZEMAX 软件建立多重结构,分别设置两块光栅的位置和波长参数,对光学系统进行了模拟分析和优化。结果表明,在像面上得到了两条谱面线展宽为14mm,中心间距8mm的光谱带,光谱分辨率优于1nm,各像差得到了充分校正,满足设计指标要求,很好地解决了宽光谱和探测器接收面尺寸之间的矛盾。     

AML-2车载激光雷达测量臭氧的大气后向散射系数项修正方法研究

对于准同时发射两个波长激光的差分激光雷达,在测量时间内,大气波动对两个波长的激光回波信号的影响可能是不相同的.已有的大气修正方法是基于两个波长激光回波信号受到相同大气波动的基础之上,不适用于这种准同时的工作方式.提出了一种新的大气后向散射系数项修正方法,即利用Klett积分法,分别算出差分吸收激光雷达中两个波长激光的大气后向散射系数,得出大气后向散射系数修正项.这种方法应用于AML-2车载激光雷达测量臭氧的数据处理中,比对实验和大量的外场测量结果表明,这种修正方法是可行的、合理的.     

基于转动拉曼测温激光雷达数据采集系统的阈值校正和延时补偿技术

针对转动拉曼测温激光雷达数据采集系统中光子计数卡各通道阈值及延时之间的误差,结合光子计数卡的工作原理以及方波信号幅值电压的波动性,构建阈值测量系统,以方波信号作为通道的输入,通过调整阈值电压设定值,使计数值达到最大的方法对通道的阈值误差进行了测量,并对其进行了曲线拟合。构建延时测量系统,测量各通道之间的延时差,并提出了对其进行补偿的方案。对阈值误差测量数据及拟合结果进行了分析,分析结果表明通过拟合曲线对各通道阈值电压进行设定,可更快地设置所要求的阈值电压。对延时差的补偿可以使温度分布廓线定位精度提高约10m。     

车载测污激光雷达测量大气气溶胶光学特性

本文介绍了运用激光雷达技术探测大气气溶胶消光系数的方法，给出了AML-1车载测污激光雷达的结构和技术指标，并对一些典型结果进行了分析。     

气溶胶粒子消光效率因子的特性研究及尺度谱的拟合

本文利用Mie散射理论，计算出单个球形粒子的消光效率因子Qext，分析它随半径r变化的特性．利用消光效率因子计算出Junge型气溶胶消光系数与波长的关系。并算出Deirmendjian型气溶胶的5种波长消光系数比值表(波长分别为355nm、532nm、683nm、1064nm、1560nm)，根据此表就可拟合出气溶胶的尺度谱．     

大气CO2 Raman后向散射的探测与可靠性分析

研究和设计了探测大气CO2浓度的Raman激光雷达,其发射机采用Nd:YAG激光的三倍频354.7 nm作为工作波长,发射的单脉冲能量60 mJ,重复频率20 Hz;接收机采用了光电倍增管(量子效率25%)和光子计数器(计数速率200MHz),探测CO2的Raman散射371.66 nm(频移1285 cm-1)信号,采用组合滤光片来抑制强的354.7 nm Mie-Rayleigh后向散射和氧气Raman后向散射375.4 nm对信号的严重干扰.主要采取排除法,检验其他波段的辐射是否被截止,实验证明回波主要是371.66 nm辐射.O2的干扰大约为CO2信号的1%.