户外型探测臭氧和气溶胶激光雷达系统研制

激光雷达探测臭氧和气溶胶垂直廓线分布近年来在环境监测领域获得广泛应用。介绍了一套可同时用于探测臭氧和气溶胶浓度的激光雷达系统。采用Nd:YAG激光器,通过二倍频器和四倍频器分别产生532 nm和266 nm激光光源,基于受激拉曼散射原理,在两根拉曼管中分别充有氘气和氢气,产生拉曼频移光289 nm,299 nm,通过差分吸收算法原理反演垂直空间臭氧浓度廓线,通过米散射算法原理来反演气溶胶浓度廓线。水平扫描试验结果显示,雷达系统的探测结果与近地面点式臭氧分析仪测量结果有较好的一致性,相对误差小于10%。在安徽合肥科学岛外场观测结果表明:臭氧探测高度,白天可以达到3 km,晚上可以达到5 km,气溶胶探测高度,白天可以达到10 km,晚上可以达到15 km。     

Hufnagel-Valley湍流强度廓线的高精度实时反演方法

分析了Hufnagel-Valley 大气湍流模型参数反演的必要性,根据实时测量的大气相干长度和等晕角,反演该模型中的两个可调参数,并提出了改进的反演计算公式。数值仿真结果表明,改进公式弥补了原有公式在近地面湍流较弱时,不能有效反演高空风速参数的不足;适合于反演不同的湍流条件,提高了湍流强度廓线的反演精度:以两种典型的风速模型为例,改进公式反演的参数,相对误差均在0.5%以内;同时改进公式也减弱了相干长度和等晕角测量误差对反演的影响。     

利用光束抖动反演横向风速垂直分布的研究

湍流冻结条件下,利用两个位置探测抖动信号的时空交叉相关函数,提出了反演横向风速垂直分布的理论模型.该模型的两个参数分别为湍流廓线和相关函数在延迟时间为0处的导数.假定横向风速满足高斯模型,采用遗传算法进行数值仿真.通过对两种典型湍流模型进行反演计算,发现反演的风廓线和理论风廓线一致性好,相对误差不超过3.3％和1.6％.改变湍流廓线的特征高度并进行反演计算,结果表明湍流强度存在较大误差时,该模型仍可用于低层横向风速垂直分布的反演.     

不同下垫面水平大气相干长度的测量与分析

与温度脉动仪测量结果对比验证了大气相干长度仪测量结果的可靠性,分析了两种仪器测量结果存在的差异及原因。对比大气相干长度仪测量的博贺海面、海边及合肥水平大气相干长度得出如下结论:全天海面水平大气相干长度最大,海边次之,合肥最小;合肥水平大气相干长度具有典型的日变化特征,清晨、傍晚转换时刻变化范围约4~10 cm、4~15 cm;海边水平大气相干长度清晨转换时刻变化范围约8~15 cm,特征与合肥相似,傍晚转换时刻后保持在12 cm左右;海面水平大气相干长度清晨转换时刻变化范围约9~12 cm,傍晚转换时刻约从15 cm迅速增至50 cm并保持2 h后迅速减至28 cm。结合不同下垫面的特点、天气状况及海陆风转换造成的影响,对上述实验结果进行了初步分析。     

基于碲镉汞探测器阵列的黑体辐射特性研究

黑体腔口孔径的不同往往会影响黑体的辐射能力,因此考虑黑体的辐射密度与光阑孔径的关系具有十分重要的现实意义和研究价值。采用碲镉汞探测器阵列对固定距离和温度不同光阑孔径的黑体辐射源进行探测,选用一组阵列探测器数据作对比,分析整理测量结果并进行数据拟合。实验结果表明,黑体辐射源在所选的探测范围内均匀性较好。随着光阑孔径的减小,黑体辐射密度呈现增加趋势。在固定探测距离时,黑体辐射源的辐射密度随着光阑孔径的增加而减小,减小趋势逐渐减缓,满足高斯分布特性,采用指数拟合对理论模型进行修正,所得数值与实测值的误差小于3%,具有较好的一致性。     

成像激光雷达控制方法的实现

介绍了基于单片机的成像激光雷达控制系统的工作原理,并着重讨论了系统硬件和软件的实现方法.系统采用PIC16F877单片机为核心,配置以可编程延时器、脉宽发生器以及控制电路,从而实现了成像激光雷达对不同高度回波信号的探测能力.     

多分辨率分析去除光斑图像中的背景噪声

本文研究用多分辨率分析去除光斑图像中噪声的方法,对一幅模拟的受到噪声污染的激光光斑图像进行了处理分析,去噪后图像信噪比明显优于去噪前,且光斑主要特征参数更接近模拟的光斑参数。     

1.55 um全光纤相干激光测风雷达技术的研究

风速的监测在气象预测、飞行器的安全保障及风力资源的勘测等方面都有着十分重要的应用。采用1.55 um窄线宽全光纤激光器开展全光纤相干多普勒激光测风技术的研究,建立一套由电机带动转盘转动模拟风速测量装置,利用散射信号产生多普勒频移来校准系统的测量准确性。系统采用的1.55um全光纤脉冲激光器单脉冲能量为10 uJ、脉冲重复频率为20 kHz、脉宽为200 ns, 模拟风速与实际测量结果具有很好的一致性。     

漫反射成像法的激光参数测量系统设计

精确地测量激光在大气传输后的光斑参数,是研究激光大气传播效应和分析激光发射系统性能的关键技术手段。测量激光远场参数的方法主要包括阵列探测法和相机成像法,目前在激光大气传输效应的测量评估中大都采用阵列探测法。由于探测器阵列靶受物理空间和研发成本等因素的限制不能均匀且高分辨率紧密排布,将造成采样光斑的失真,难以精确地测量远场光斑参数。针对此问题,利用相机分辨率高的特点,设计了一套基于漫反射屏成像法的激光参数测量系统。该系统最小测量分辨力小于0.39 mm,质心位置平均偏差为0.05 mm,测量光斑到靶功率不确定度优于10%。该系统能有效地测量激光发射系统的跟瞄精度和到靶功率,为分析激光大气传输效应和分析激光发射系统性能提供有效手段。