CO2差分吸收激光雷达测量灵敏度的数值分析

针对直接探测长程CO₂差分吸收激光雷达系统,分析了对测量灵敏度产生影响的两个主要因素:大气湍流和激光斑纹,得到了测量灵敏度与大气湍流和激光斑纹之间关系的数值计算结果。结果表明,在高度小于350m时,增加设备离地高度可以有效地提高测量灵敏度;在高度大于350m后,改变系统参数可以有效地提高测量灵敏度。     

直接探测激光雷达系统的建模与仿真

从直接探测激光雷达系统的建模、激光雷达仿真系统的研究、计算机仿真实验等方面介绍了进行激光雷达系统仿真设计的理论和实践。从虚警概率、探测概率、信噪比和阈值噪声比决定最大探测距离的这一角度阐述建立直接探测激光雷达模型;假设在直接检测方式下,探测器噪声可以用高斯概率密度函数表示;考虑了大气分子和气溶胶的吸收和散射作用;仿真系统参数输入中尽可能考虑了实际系统的各种参数要求。仿真实验表明仿真软件能够客观地反映直接探测激光雷达在不同条件下应该探测的结果。     

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.     

高低空一体化测风激光雷达

高时空分辨率的大气风场探测对提高数值天气预报的准确性、大气动力学过程的研究、气候研究等具有很重要的意义。介绍了基于双Fabry-Perot标准具的直接接收激光多普勒测量原理。提出了40 km的高低空大气风场同时观测的技术方法。给出了利用大气气溶胶和分子散射信号的Mie-Rayleigh多普勒测风激光雷达的系统结构,并分析了工作波长、望远镜口径、扫描天顶角和标准具参数等激光雷达系统参数。研究了扫描角度误差、气溶胶后向散射信号、大气温度对风场探测精度的影响。分析了雷达系统的总体性能,得出在40 km高度处,当距离分辨率为500 m、时间分辨率为30 min时,水平风速探测精度优于6 m/s,可以满足有关应用的要求。     

悬空波导的激光雷达探测能力个例研究

以无线电探空仪实测的悬空波导为例,开展了激光雷达对其探测能力的仿真研究.通过振-转拉曼散射信号测量大气湿度,纯转动拉曼散射信号测量大气温度.再结合探空仪测量的大气压强,计算得到大气折射率.在拉曼激光雷达系统的四个探测通道中加入了泊松分布的信号起伏,以符合真实测量过程.仿真结果表明:对于较弱的悬空波导,中型激光雷达系统对其具有较好的捕获能力.基于蒙特卡洛方法研究了几种时空分辨率下激光雷达探测该悬空波导的辨识概率、波导层厚度及波导强度.     

蓝绿光双波长船载海洋激光雷达系统设计与海上测试

海洋水体的光学特性参数是海洋研究关注的重点之一,大部分光学特性具有随深度变化的特征,而海洋激光雷达是有效探测水体剖面信息的技术手段之一。基于水体光学特性参数剖面探测的需求,研制了蓝绿光双波长船载海洋激光雷达系统,光源采用在水体中衰减系数较小的蓝绿波长以获取更大的探测深度。该系统具备双波长和偏振探测通道,用于同步获取水体后向散射回波信号和偏振信号,可实现近岸和大洋水体的连续探测。文中首先介绍了激光雷达系统的设计方案,包括发射、接收、采集及控制子系统以及辅助设施,随后对数据预处理方法进行了阐述,包括质量控制、峰值位置对齐、去除背景噪声及退卷积等。系统于近海进行探测实验,验证了激光雷达系统的可靠性。结果显示：在清洁大洋水域,486 nm的激光雷达衰减系数小于532 nm,意味着在开阔水域486 nm具有更好的探测性能。     

对地观测激光扫描成像探测效果研究

提出了动态激光扫描探测中的视场偏离问题和反映动态探测效果的动态重合系数的概念,详细分析并推导了动态重合系数与系统设计参数、工作参数之间的关系,以及对探测效果的影响,分析了若干典型情况,为设计实现探测效果良好的对地观测激光扫描成像系统提出了建议和设想.     

基于小波阈值的激光探测声音信号去噪研究

激光声音探测技术是声音探测领域中重要的研究方向,但该探测技术极易受到背景光、大气湍流等引起的噪声干扰,对探测信号的噪声进行抑制是激光声音探测技术的关键。因此提出一种改进的阈值函数,通过调整参数可以改变小波系数估计值与原小波系数之间的偏差,同时尽量保存信号的特征信息。在实验室环境下通过实验验证了基于所提改进阈值函数的小波阈值去噪法的有效性,探测信号经去噪处理后噪声得到有效去除。     

对地观测激光扫描成像探测效果研究

提出了动态激光扫描探测中的视场偏离问题和反映动态探测效果的动态重合系数的概念,详细分析并推导了动态重合系数与系统设计参数,工作参数之间的关系,以及对探测效果的影响,分析了若干典型情况,为设计实现探测效果良好的对地观测激光扫描成像系统提出了建议和设想。     

大气气溶胶光学特性激光雷达探测

本文叙述了大气气溶胶探测激光雷达方程解和数据处理方法，给出了我们自行研制的L625和L300两台激光雷达系统的结构和主要技术参数，对平流层和对流层大气气溶胶光学特性的激光雷达探测结果进行了分析和讨论。     

差分吸收激光雷达几何因子实验确定方法

差分吸收激光雷达发射光束与接收视场的重叠区域用几何因子函数来描述,几何因子是差分吸收激光雷达的重要参数。提出了一种实验方法,实验使用米散射激光雷达和差分吸收激光雷达同时测量信号,通过对比分析两台激光雷达采集信号计算得到的气溶胶散射比廓线,获得差分吸收激光雷达的几何因子。该方法的优点在于不需要预先得到精确度高的激光雷达参数,比如望远镜直径,光束发散角,望远镜接收视场角等。该方法的应用有利于减少近地面差分吸收激光雷达测量臭氧廓线的误差,提高差分吸收激光雷达的探测性能,有助于研究近地面层的臭氧时空分布特征。     

离轴Mie散射激光雷达系统及其信号校准

介绍了离轴Mie散射激光雷达系统回波信号校准的实验方法。在该校准工作的基础上对回波信号进行处理分析的结果与同期的气象资料具有较高的吻合度,表明该校准过程正确、稳定、有效。     

基于相干多普勒激光雷达的斜程湍流参数反演方法研究

大气湍流广泛存在于大气中, 其中斜程湍流对航空航天、天文观测等会产生不可忽视的影响。一方面利用相 干多普勒测风激光雷达获得的高时空分辨风场探测数据, 另一方面基于Kolmogorov 局地均匀各项同性理论, 即在惯 性子区内湍流的特征只与湍能耗散率 ε 有关, 将速度结构函数法应用到飞机着陆阶段下滑道扫描模式中, 通过实测 数据的速度结构函数与模型速度结构函数最小二乘法拟合, 从而估算激光雷达扫描范围内的大气湍流参数 (径向风速 方差、湍流积分尺度和 ε 等)。根据下滑道扫描区域数据的时空分布特征, 给出大气湍流参数的斜程空间分布图, 并与 同步观测的飞机下滑道风切变强度数据进行了对比分析, 发现两者具有较好的一致性, 证实了斜程湍流参数反演方 法的可靠性。     

利用喇曼-米方法确定激光雷达几何因子

为了快速合理地确定激光雷达几何因子反演关键参量激光雷达比,利用雷达充满区几何因子值恒为1的属性提出一个简捷的新途径,对这种方法从理论上进行了推导,并以实际雷达数据进行了验证,反演得到的几何因子在充满区没有出现单调增加或者单调减小等不合理情况。结果表明,这种方法避免了目前激光雷达比需多次取值对结果定性分析繁琐耗时的不足,是合理有效的。这将对于反演出雷达几何因子并进而获得近地面气溶胶信息具有重要参考价值。     

一种三维激光雷达系统标定方法北大核心CSCD

为了解决无人化叉车在运行中对物料的尺寸及距离的高精度测量要求,设计了一个基于二维激光雷达和步进电机云台的长臂三维激光雷达系统,并重点研究了此系统的参数标定方法。针对现有标定方法存在忽略了激光中心和旋转轴中心的安装误差,特定点选取易造成较大标定误差等问题,通过建立激光雷达系统的数学模型,分析其内在联系,使用解耦合的方法分离待标定参数,并使用直线拟合的方法和双拟合平面重合的方法来标定未知系统参数。通过室内标定实验和叉车搭载测量实验进行验证,结果表明,标定参数准确可靠,测量误差不超过3%,满足无人化叉车作业的要求。     

FM/CW激光雷达发射功率的研究

介绍了基于连续波调制的激光雷达探测原理;通过分析激光传输的能量转换过程,按照激光器光强调制输出、空间传输与目标反射、光电探测器接收和电混频过程建立了FM/CW激光雷达方程;基于系统的探测概率、虚警概率和信噪比的关系确定了发射功率的表达式,得到了影响发射功率的主要因素;在满足系统器件参数和应用背景下对发射功率进行了仿真,并分析了混频效率和调制深度对发射功率的影响.仿真结果表明:通过提高混频效率和调制深度可以降低系统对发射功率的要求,能够尽可能地实现系统最优化,较好地解决了激光雷达设计时对激光器发射功率确定的问题.     

小型气溶胶激光雷达及其信号校准

介绍了一台直接探测的、用于大气气溶胶测量的小型激光雷达系统,阐述了其工作原 理和系统结构,较详细的讨论了该激光雷达的信号校准过程,尤其是几何重叠因子的确定。根据实验结果,反演了该激光雷达的几何重叠因子和最终的校准信号。     

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。     

基于1064nm米散射激光雷达的大气消光特性的研究

介绍了一台自行研制的1064nm微脉冲米散射激光雷达的总体结构、技术参数及其工作原理。给出了具体探测的实验结果,推算出系统的几何重叠因子,根据激光雷达方程的反演方法,得出了大气气溶胶消光系数随高度变化的垂直分布廓线图。该激光雷达系统在夜晚的探测高度可达5km左右。通过激光雷达系统的日夜连续监测,可得到消光系数随高度及时间变化的三维分布图,对于进一步研究大气气溶胶的浓度、分布、散射及吸收特性都具有重要的意义。     

水下激光探测系统隐蔽性分析

根据水下激光探测系统的光源特性、探测原理和应用背景,分析了可能对激光水下探测系统形成威胁的探测手段及其探测能力.采用Monte Carlo方法对激光水下探测系统的隐蔽性问题进行了计算和仿真研究,结果表明:降低探测光单脉冲能量、选择有一定环境照度的天气条件、加大水下激光探测系统载具的使用深度等手段可以极大地提高水下激光探测系统的隐蔽性与安全性.通过分析得到了不同的探测手段对激光水下探测系统的威胁程度,同时从理论上提出了针对不同探测手段的激光水下探测系统的安全应用深度.