光谱编码计算关联成像技术研究

现有的多光谱成像技术通常采用光学分光的方式，使用多个探测器对成像场景的光谱图像进行采集，导致现有成像系统复杂，数据量大、效率低。针对现有技术的不足，提出基于正交调制模式的光谱编码计算关联成像技术。通过正交光谱编码矩阵融合Hadamard基图案构造投影散斑对宽带光源进行调制，单像素探测器收集成像物体与调制光源相互作用后的反射信号；应用演化压缩技术复原成像物体的混叠光谱图像；利用编码矩阵的正交性质解码出欠采样的光谱分量图像，对分离出的图像应用组稀疏压缩感知算法重构全采样的光谱分量图像，最后融合出成像物体的多光谱图像。通过数值模拟与实验两方面验证了所提方法的高效性。所提的技术简化了多光谱关联成像系统，降低了数据量。光谱编码方法可以扩展到更多的光谱通道，也可以应用在偏振关联成像、信息加密等领域。     

差分吸收NO_2激光雷达波长漂移和能量波动对浓度反演的影响

为评估差分吸收二氧化氮激光雷达中激光器的稳定性对反演浓度的影响,以NO_2的吸收谱和激光雷达方程为基础,分析了波长漂移和能量波动对距离分辨差分吸收激光雷达浓度反演带来的相对误差。采用两台Nd:YAG激光器的354.7nm波长分别泵浦两台染料激光器的方式,产生差分吸收探测所需的两个波长λon(448.10nm)和λoff(446.80nm),搭建探测大气NO_2实验系统,并就波长漂移和能量波动对NO_2浓度反演影响进行了实验验证。实验结果表明:在没有稳频条件下,当λon和λoff波长漂移≤0.005nm时,引起的浓度相对误差为≤3%;能量波动对反演浓度没有影响,但能量降低减小探测距离,当能量下降≤5%时,探测距离≤100m,实验结果与理论计算基本一致。最后,开展了大气NO_2浓度实验观测,获得实验期间水平及垂直高度0.5~3km内NO_2浓度的分布廓线,系统稳定可靠。本方法为实用化NO_2差分吸收激光雷达的设计及应用提供了理论依据及技术支持。     

合肥地区近地面辐射通量和二氧化碳统计分析与湍流通量的惯性耗散法估算

近地面层大气湍流通量的测量与估算是研究地气间相互作用规律的关键.统计分析了2007年1月10日～2010年10月14日合肥地区晴天少云的天气条件下辐射通量和C0_2含量数据.得到了地表反照率、净辐射通量的季节变化特征和日变化特征.地表能量平衡的检验表明白天时段大约有40%左右的能量缺口.2007～2010年C0_2含量...     

边界层臭氧差分吸收激光雷达

差分吸收激光雷达是测量边界层臭氧空间分布的一种重要工具。研制了一台边界层臭氧差分吸收激光雷达系统,系统采用Nd:YAG四倍频激光266 nm泵浦H2/D2混合气体产生受激拉曼光作为光源,采用牛顿型望远镜接收大气回波,288.9 nm和299 nm的弹性散射信号被分成两路,被光电倍增管转换为电信号,然后通过A/D采集卡采集保存用以反演大气臭氧分布廓线。给出了系统的探测结果以及和臭氧探空仪地对比验证实验。结果显示该激光雷达可以大大降低几何因子的影响,提供0.2~2 km区间的边界层大气臭氧分布廓线。     

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。     

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。     

差分吸收激光雷达系统探测背景大气SO_2和NO_2

研制了一套可用于探测背景大气SO_2和NO_2的差分吸收激光雷达系统。该系统利用两台Nd…YAG激光器的二倍频和三倍频产生532nm/355nm的激光,分别去抽运四台窄线宽的染料激光器,从而获得测量大气SO_2和NO_2分布所需的两对激光波长300.05nm/301.5nm和446.6nm/448.1nm。实验数据表明,在晴朗的天气条件下,当空间分辨率为15 m且积分时间为30 min时,大气SO_2和NO_2的测量精度分别可达±2.0×10~(-9)和±5.0×10~(-9),激光雷达探测的大气SO_2和NO_2平均浓度与当地气象部门同时间报告的浓度较一致,显示了差分吸收激光雷达技术监测低浓度SO_2和NO_2时空分布的能力。     

差分吸收NO2激光雷达光源的设计与实现

为研制一台探测距离3km、分辨率10μg/m3的大气NO₂廓线差分吸收激光雷达,以NO₂的吸收光谱和激光雷达方程为基础,通过数值仿真分析了回波信噪比与水平和垂直方向上大气中气溶胶、NO₂含量的分布、探测距离和几何因子的关系;搭建探测大气NO₂实验系统,开展了大气NO₂浓度实验观测,获得水平及垂直高度0.4km~3.0km内的NO₂浓度实时分布,探测分辨率可达4.717μg/m3,系统稳定可靠。结果表明,采用两台波长为354.7nm、能量不小于100mJ的Nd:YAG激光器分别抽运两台染料激光器的方式,并以C450为染料,可满足差分吸收探测所需的两束波长为λ_on（448.10nm）和λ_off（446.80nm）、能量为8mJ的输出光束。该方法为实用化NO₂差分吸收激光雷达光源的设计及应用提供了理论依据及技术支持。     

用于CO2排放源监测的近红外光参量振荡系统

基于CO2的近红外吸收光谱特征,提出了一种可用于CO2排放源监测的光参量振荡(OPO)和放大(OPA)系统,该系统由输入OPO的激光双种子源、OPO和OPA、带窄线宽激光种子源脉冲Nd∶YAG基频激光器、高精度和频率稳定的双通道波长计等组成,可交替输出1.572 μm的双波长激光束.系统经初步调试后,泵浦脉冲能量为326mJ时获得近25％的转换效率,脉冲能量近80mJ,满足地基差分吸收激光雷达测量对流层CO2浓度廓线的需要.