大气压力探测用激光雷达的对称性分析

为了实现世界气象组织对大气压力廓线和地表压力特别高的探测精度,需要消除湍流对距离分辨差分吸收激光雷达和路径积分差分吸收激光雷达的干扰。探测/参考双波束被转换成左旋圆偏振光和右旋圆偏振光后被同时发射出去,经大气后的回波再被1/4波片、偏振分束片以及两个F-P标准具重新分离而被检测到。差分吸收激光雷达的除法、对数和积分运算由模拟电路进行对称的实时处理,这样有利于减小由双通道差异化带来的误差。差分吸收激光雷达的探测波束脉冲与参考波束脉冲同路径传输、同时发射、同时接收,可抵消大气随机运动等因素对系统的共模干扰。模拟研究结果表明,差分吸收激光雷达采取严格的对称性安排,是一个可提高系统探测精度的十分有益的举措。     

APD探测器的性能对激光雷达反演CO2浓度误差影响研究

星载积分路径差分吸收（IPDA）激光雷达是全天时全球范围内探测CO2浓度的一种有效的方法,而作为接收系统关键元件的光电探测器对激光雷达系统性能有着较大的影响。雪崩光电二极管（APD）有着较大的动态范围与高的响应度,因此它在星载激光雷达中广泛应用。介绍了IPDA激光雷达和APD探测器的工作原理,并根据实际工作条件,测试了一款APD探测单元的响应度、动态范围、不同光功率下的信噪比等主要性能参数,分析了这些性能参数对星载激光雷达CO2浓度的反演带来的影响。结果表明,在CO2浓度为400 ppm（1 ppm=10-6）,吸收波段信号的探测器输出电压在280~980 mV范围内时,APD探测器本身的非线性和噪声造成的误差小于0.8 ppm。     

1.57μm IPDA激光雷达云回波信号CO2柱浓度测量研究

路径积分差分吸收(IPDA)激光雷达可装载于飞机或卫星上探测大范围大气CO₂浓度,具有全天时和探测精度高的优势。全球云的平均覆盖率可达60%,因此在激光穿透大气射向地面的探测过程中,除了地面和海洋回波信号,还有很多云层回波信号。结合机载大气探测激光雷达(ACDL)信号采集特点,针对复杂的云层回波信号,提出一种基于中位数绝对偏差的离群值筛选法提取信号,可分离多层云回波信号及云层与地面回波信号同时存在的信号。分析云信号的探测能力,并利用云层回波信号积分值反演云上CO₂柱浓度,结果与原位测量仪测量结果变化趋势一致,二者偏差为2.8μL/L。     

拉曼激光雷达测量大气二氧化碳不确定性分析

中科院安徽光机所研制了一台ARL-1二氧化碳拉曼激光雷达,本文结合实际大气条件,利用拉曼激光雷达的观测例子和分析仪观测结果,分析拉曼激光雷达测量大气二氧化碳的不确定性。分析结果表明,拉曼激光雷达在对流层低层具有良好的稳定性和较高的测量精度,在较好的天气条件下,1km高度范围内,ARL-1拉曼激光雷达的测量不确定性可控制在1.2ppm内,在2km高度范围内可控制在2.5ppm内。     

用于全球大气温室气体探测的星载激光雷达研究

星载积分路径差分吸收(Integrated Path Differential Absorption, IPDA)激光雷达是一种有效的高精度(1 ppm)全球CO2 柱线浓度测量手段。结合 其基本工作原理分析了CO2 柱线浓度反演技术方法,并优化了工作波段和工作波长。分析了由所选波段激光频率的稳定性、 激光带宽和激光光谱纯度等激光雷达发射源参数变化所带来的CO2 柱线浓度测量误差,并给出了经过优化的设计参数。研究了 用IPDA激光雷达实现双波长脉冲发射激光的技术方法,并给出了实验验证结果,实现了1.572 m波段单脉 冲能量大于50 mJ的激光输出。     

机载激光雷达测深系统定位模型与视准轴误差影响分析

根据机载激光测深系统扫描部分结构,针对圆镜偏轴卵形扫描方式,从光束发射方向出发,基于扫描结构轴向关系利用光线反射定律推导出激光出射方向向量,结合激光出射位置到海表点距离获得海面激光点坐标;依据光线折射定律,利用变折射率光线追踪算法推导出海底测深点坐标计算公式,建立海面激光入射点及海底测深点坐标严密计算模型。根据模型定位公式,分析扫描系统视准轴误差影响,通过数值模拟,分析扫描系统视准轴误差对定位精度影响,为扫描系统单体设备加工、装调、集成检校提供依据,为机载雷达测深系统提供海底测点精确计算、改正提供参考。     

拉曼散射激光雷达反演二氧化碳测量结果的可靠性分析

拉曼散射法测量大气二氧化碳（CO2）是一种利用大气中CO2分子和N2分子与激光相互作用产生Raman散射频移来实现探测CO2混合比分布的探测技术。介绍了中国科学院安徽光学精密机械研究所自主研制的拉曼散射激光雷达系统,以及用于大气CO2时空间分布测量的原理和方法。将两台事先校准过的CO2分析仪布置在激光雷达水平光路的发射端和1km位置进行同时测量,实验结果表明:两台分析仪分别与激光雷达近端和远端得到的CO2混合比随时间的变化具有较好的一致性,统计一整夜测量结果的平均值分别相差0.8ppm和3.51ppm;结合激光光路下垫面的不同对近端与远端结果的差异进行了分析说明,充分表明了拉曼散射激光雷达测量结果的可靠性。     

测量风速和大气扰动的二氧化碳相干激光雷达

研究了两种以连续波和以横激大气压强气体二氧化碳激光器为基础的相干光雷达系统.经过检测已用于大气风速的测量.研究出一种大气扰动参量长距离无损检测的新方法,并且用实验加以证实,该方法中利用了连续波多普勒光雷达.是以某些外差多普勒频谱处理为基础.能测量风速大小,还能求出风     

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。     

拉曼激光雷达测量水汽误差源分析研究

水汽与人类的生活息息相关。常规手段测量水汽的时空分辨率较低有效提高局地短期天气预报的可信度。为加强拉曼激光雷达在气象预报中的应用,有必要对其水汽测量误差进行分析研究。通过自研的拉曼激光雷达测量数据,依据误差传递理论,分析水汽混合比的误差。同时,利用无线电探空仪与拉曼激光雷达对比。分析结果表明：激光雷达测量水汽主要包括标定常数、大气透过率修正和测量信号三个误差源。其中,定标常数误差随高度不变约为4%,是1.5 km以下误差的主要来源;大气透过率修正误差随高度升高而增加,洁净天气下对误差的影响小于4%;测量信号误差在洁净天气下3 km高度以内一般小于20%,在3 km高度以上,成为误差的主要来源。比对结果显示：激光雷达计算误差和比对误差一致性较好。上述分析结果对于提高激光雷达在气象预报中的应用起到很好的辅助作用。     

短波红外通道CO2观测的温度敏感性分析

近红外通道观测大气CO2含量是利用其对太阳辐射的吸收作用,温度是影响吸收气体吸收的一个重要因子,文中讨论了CO2观测的温度敏感性.首先阐述了温度对气体吸收谱线的强度、增宽的影响;然后根据CO2反演过程中使用的大气温度产品的精度水平,利用逐线积分辐射传输模型模拟计算了1K的随机温度误差对垂直大气观测的影响,以及由此导致的CO2反演误差,并与模拟的1 ppm和2 ppm的CO2浓度变化所造成的观测与反演变化量进行了比较.通过对比分析六种大气模式下的模拟计算结果,得出1K大气随机温度误差是影响高精度大气CO2观测反演的重要因子.     

机载海洋激光雷达发展综述

全面地介绍了国内外机载海洋激光雷达的发展历史,对该技术的各个发展阶段进行了评述,最后对其今后的发展趋势做了展望。     

机载多普勒激光雷达指向影响分析及定标

通过分析机载多普勒激光雷达测量模式特征,考虑飞机姿态测量精度的影响,仿真分析了径向速度误差,以及多视线反演水平风场的反演精度,按照文中仿真系统的输入参数,不考虑雷达系统频率检测误差,风速测量误差小于0.3 m/s。该结果为机载多普勒激光雷达平台设计和测量模式的选择提供了参考。在此基础上,提出了一种基于地面散射信号测量的激光指向定标方法,并通过激光雷达实测数据进行验证,指向定标精度优于0.2°。     

机载激光冒达风切变探测研究

介绍了用于风切变测量的激光雷达外差探测系统,阐述了其工作原理,根据CO2雷达系统与Ho:YAG雷达系统相关参数进行信噪比模拟和风速误差对比,模拟结果表明:波长2.1 μm的Ho:YAG雷达和10.6 lμm CO2都适合机载低空风切变探测.通过对比,无论系统效率还是衰减率,Ho:YAG的性能都更为优良、误差更小、探测距离更远.     

机载激光雷达均匀扫描的实现方法

机载激光雷达多采用单束激光,通过扫描的方式完成对目标的探测.通常,由于扫描机构的缺陷,激光脚印在地面上的分布是不均匀的,而均匀扫描方式可提高激光雷达图像反演的质量,但在实现上存在一定的难度.首先从理论上分析了实现均匀扫描应满足的关系式,进而给出了一种工程实现的方法.电机输入曲线以理论推导的关系式为基础,在扫描视场边缘,通过曲线拟合,对理论曲线进行平滑,降低扫描输入曲线中的高次谐波分量.在测得振镜幅频特性曲线的基础上,利用迭代算法得出曲线拟合过程中的参数.与其他方法相比,该方法可以根据给定的扫描频率和视场角,自动计算出最佳电机输入曲线,从而在工程应用中,能够灵活地改变扫描参数.模拟实验结果表明,应用该方法扫描,激光点分布均匀,线性度良好.     

基于FPGA和ARM的红外图像实时显示和采集方法

介绍了一种全光纤激光相干测速雷达,其能精确测量着陆器相对星球的速度,以辅助着陆器精确着陆。介绍了激光测速雷达的测量原理和系统方案,重点介绍了测速雷达的机载飞行试验,并对实验结果进行了分析。     

直接探测测风激光雷达的性能分析

综述了激光雷达大气风场测量的方法，提出了采用直接探测到量三维风场分布的F-P干涉仪方法，简述了测量原理，分析了系统的性能和测量误差，比较了基于分子散射和气溶胶散射的系统测量精度，给出了基于瑞利散射的激光雷达系统方案。     

基于瑞利多普勒激光雷达数据的重力波测量与分析

对于平流层的高空间分辨率的重力波连续测量和研究非常稀少。近几年中国科学技术大学的瑞利多普勒激光雷达观测了大量的重力波事件,这得益于激光雷达系统在重力波研究中的优越特性。文中对激光雷达系统作出了一个简单的介绍,并且展示了位于中国酒泉（39.741N,98.495E）,垂直高度范围在15~60 km,自2015年10月7日起持续了两个月的重力波夜间观测结果。在对一些重力波事件分析过程中,对中尺度的水平风速进行了二维波谱分析之后,发现重力波波动非常明显,这些波动的波长范围主要集中在3~6 km,而周期大约为10 h。这些观测结果都肯定了瑞利多普勒激光雷达在重力波观测应用方面的优势。