双轴Mie散射激光雷达系统及其信号校准

介绍了一台直接探测的用于大气气溶胶测量的M ie散射激光雷达系统,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。对校准后信号的反演结果和分析表明,该校准过程正确、稳定、有效。     

非共轴激光雷达消光反演中参考高度的标定

非共轴激光雷达的几何重叠因子对系统性能具有重要的影响,其直接决定激光雷达探测中消光系数反演的精度。文中提出了系统装配完成后标定激光雷达几何重叠因子的方法。首先,利用最小二乘法以及二次曲线拟合,得到一种确定Klett反演算法中参考高度的方法;其次,通过拟合还原近场回波信号,并利用雷达原始回波信号与拟合信号之比,得到系统的几何重叠因子;然后,再利用所得几何重叠因子对近场回波进行修正并作全程范围信号的拟合,确定消光系数边界值,以此作为Klett算法的参考高度;最后,利用2012年初春激光雷达资料对大气消光系数进行反演计算,证明该标定方法简单可行,能对激光雷达进行室内标定、降低对系统参数的要求,理论计算误差小。     

离轴二极管泵浦固体激光雷达系统设计与装校

介绍了一台直接探测的用于大气气溶胶测量的离轴二极管泵浦固体激光雷达系统,详细论述了系统的设计、加工和装配调试过程.设计了信号采集控制电路,实现了激光雷达的收发同步.结果显示,采用实验法校准所得几何重叠因子随距离的分布曲线和理论计算所得结果基本吻合,且实验法所得系统几何重叠因子随距离的分布曲线是稳定的.     

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。     

激光雷达几何重叠因子及其对气溶胶探测的影响

介绍了平行轴与共轴激光雷达几何重叠因子的物理意义,并从几何推导和实验测量两方面给出求解几何重叠因子的方法.通过对AML-1激光雷达(共轴系统)的实验总结,列举了一些有关几何重叠因子的典型结果,并分析了激光雷达几何重叠因子对探测气溶胶消光系数的影响.最后得出,气溶胶消光系数对几何重叠因子的修正非常敏感,但在激光雷达系统稳定且操作规范的情况下,几何重叠因子随距离的分布曲线是相对稳定的,此时对气溶胶消光系数的影响也较小.     

小型Mie散射激光雷达信号校准及能见度测量

详细介绍了小型Mie散射激光雷达近场信号的校准方法;数值模拟了理想情况下的平行光轴以及实际中光轴失调情况下的几何重叠因子,并对光轴失调的原因和影响进行了讨论;同时还介绍了利用多项式拟合确定几何重叠因子的实验方法,这种方法无需假设大气水平均匀.尝试利用Fernald迭代算法确定水平大气的消光系数,并与Vaisala能见度仪和AethalometerTM黑炭仪的测量结果进行了对比,具有很好的相关性,从而证明了上述方法的可靠性.     

小型Mie散射激光雷达系统设计与装校

介绍了一台直接探测的用于大气气溶胶测量的1064nm小型Mie散射激光雷达系统,详细论述了系统的设计、加工、建造和系统装配调试过程。解决了信号采集所需要的控制电路,实现了激光雷达的收发同步。实验结果表明:系统的几何重叠因子稳定可靠,校准误差为0. 00143。这同时也说明了系统设计、装校的合理性。     

离轴激光雷达几何重叠因子的计算与实验测定

介绍了一台直接探测的用于大气气溶胶测量的离轴激光雷达系统,分别从理论计算和实验测量两方面给出了该激光雷达系统中几何重叠因子的求解方法.结果显示,实验法所得几何重叠因子随距离的分布曲线和理论计算所得结果基本吻合,且实验法所得系统几何重叠因子随距离的分布曲线随日期基本不变,说明所介绍的用于求解系统几何重叠因子的实验方法是可行的.     

星地同步观测数据的地基激光雷达几何因子反演方法

为了有效确定地基激光雷达系统的几何因子,修正地基激光雷达信号接收过渡区内的回波信号,提出了一种反演几何因子的新方法。利用星载激光雷达(CALIPSO)可以覆盖地基激光雷达探测过渡区的特点,结合星载与地基激光雷达同步获取的回波信号,分别反演了离轴和同轴模式下的几何因子,并同成熟的拉曼-米氏几何因子反演方法,以及Su Jia的联合测量法作对比。在几何因子过渡区内,校正后的气溶胶后向散射系数与Su Jia的方法相比,离轴和同轴模式下的平均相对误差分别提高了25.4%和10.4%。该方法克服了弹性散射激光雷达水平测量法中因大气均匀假设导致的几何因子测量结果的不确定性,更适用于应用广泛的弹性散射激光雷达,且可以利用CALIPSO每月过境时间稳定的特点,对系统几何因子进行常规标定。     

对激光雷达几何因子的分析与测量

为了实现激光雷达对近场的测量,必须获得激光雷达系统几何因子。采用理论分析计算和实验测量两个步骤确定了几何因子性质及廓线。首先,通过分析平行轴和共轴激光雷达接收、发射系统的结构,引入了可完全聚焦填充系数,从几何光学角度推导了两种填充系数的表达式,从而界定了几何因子值的理论范围。其次,介绍了采用对远场回波信号拟合的方法反演近场信号,从而获得几何因子廓线。以中科院AML-2共轴激光雷达为例,采用该方法测量了几何因子廓线,结果验证了对几何因子的理论分析。     

激光测云雷达信号分析

分析了用于测云的最佳激光雷达波段,给出了计算雷达方程所需的大气分子和气溶胶消光系数的垂直廓线模拟图,以及在小孔光阑存在的情况下同轴透射式测云激光雷达的几何重叠因子模拟图,使用拟定的大气探测激光雷达技术参数进行回波信号及其信噪比的模拟计算,分析脉冲发射能量、脉冲发射次数、滤光片半宽等对信噪比不同程度的影响.这对分析测云激光雷达的探测性能具有基本的意义,同时也为测云激光雷达技术参数的确定提供了理论上的分析依据.     

Micro pulse lidar

An eye safe, compact, solid-state lidar for profiling atmospheric cloud and aerosol scattering is described. The transmitter of the micro pulse lidar is a diode pumped microjoule pulse energy, high-repetition-rate Nd:YLF laser. Eye safety is obtained through beam expansion. The receiver uses a photon counting solid-state Geiger mode avalanche photodiode detector. Data acquisition is by a single card multichannel scaler. Daytime background induced quantum noise is controlled by a narrow receiver field-of-view (FOV) and a narrow bandwidth temperature controlled interference filter. Dynamic range of the signal is limited by optical geometric signal compression. Signal simulations and initial atmospheric measurements indicate that systems built on the micro pulse lidar concept are capable of detecting and profiling all significant cloud and aerosol scattering through the troposphere and into the stratosphere. The intended applications are scientific studies and environmental monitoring. which require full-time unattended measurements of the cloud and aerosol height structure     

基于CCD的侧向激光雷达系统研制及探测个例

后向散射激光雷达技术已广泛应用于大气气溶胶的探测,但由于有盲区和过渡区,限制了它在近距离段的探测范围和精度。侧向散射激光雷达技术没有后向散射激光雷达技术中的上述缺陷,可实现近距离段气溶胶信号的连续探测,且探测精度较高。开发研制了基于CCD的侧向散射激光雷达系统,它由激光发射、光学接收、几何定标及数据采集等子系统组成。与后向散射激光雷达的对比探测个例表明,该激光雷达系统数据可靠,近距离的有效探测范围为0.02~4 km。这一系统的建立为进一步深入研究近地面层的气溶胶时、空分布奠定了坚实的基础。     

微脉冲激光雷达探测大气气溶胶定标反演新方法

利用一种新的自适应定标反演方法在有效探测高度内确定标定值,反演微脉冲激光雷达(MPL)回波信号,并同另外一台激光雷达系统在相同时间、相同地点的探测结果进行了对比。对比结果显示利用该方法得到的结果能够同大气实际情况吻合地较好。应用该算法对连续12h的观测(共25组)数据进行批处理,结果正确反映了当时的天气状况。这说明该算法应用于MPL信号处理时具有很好的稳定性。     

激光大气雷达系统中重合系数的计算

为了满足探测的目的,有效获取和反演雷达数据,需要对激光雷达系统的参数进行设计。给出了激光大气雷达系统中重合系数(几何因子)的计算方法,并且结合我校现有的激光大气雷达系统的技术参数,从对0～3km的气溶胶后向散射回波的有效探测出发,讨论了系统参数对重合系数的影响和利用改变系统参数的方法改变重合系数,以实现对激光雷达系统优化设计的可行性。计算和分析表明,该方法简单、直观、有效。     

便携式边界层气溶胶监测激光雷达

介绍了一种新型边界层气溶胶监测激光雷达的总体结构及各部分的功能,分析讨论了该激光雷达的几何重叠系数测量结果及北京丰台地区的外场实验结果,探讨了大气边界层内气溶胶消光系数与湿度、风速等气象条件的关系,实验结果表明：水平大气气溶胶消光系数与BC质量浓度、地面风速等近地气象因子均有较好的相关性,该雷达性能优越,结果可靠。     

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。     

星载大气探测激光雷达探测能力的数值模拟分析

星载大气探测激光雷达的技术参数对其探测性能有重要的影响,本文使用合适的大气模式和星载大气探测激光雷达设计参数,对其接收的大气后向散射回波信号和探测回波信号的信噪比进行了数值模拟计算;同时模拟分析了星载大气探测激光雷达对沙尘和卷云的探测能力。本文结果为该星载大气探测激光雷达的研制提供参数设置的基本依据。