“大气环境光学探测技术”专辑

近年来环境光学技术得到了快速的发展,通过采用光学/光谱学方法、结合现代科技手段获取环境参数,具有高灵敏度、高分辨率、高选择性、多组分以及实时、在线、快速、动态、可遥测等特点和优势,已成为环境监测/探测的重要手段,在大气、环境、     

基于多核DSP激光成像雷达数据处理系统

采用多核DSP设计了一个用于地面目标检测的激光雷达实时图像处理系统。在详细分析算法各模块资源消耗量的基础上,完成了硬件电路设计,实现了以主辅拓扑结构为框架的软件并行处理系统开发。在系统实现时,先将图像进行分区,并合理地将分区后的图像分配到四个DSP核中进行处理。最后,将并行系统进一步扩展到双核和六核,并与单核系统进行性能比较。对算法运算时间的测试结果表明,系统处理一帧图像仅需50 ms达到了实时性要求。结果表明,对于固定负载的处理系统,单纯地通过增加并行的核数来提高加速比的幅度是有限的。当增加并行的核数已不能明显地提高计算效率时,在系统设计中应着重减少每个核串行运算的负载量。     

激光三维成像体制综述

激光三维成像技术可广泛应用于情报侦察、精确制导、导航避障、目标识别、灾情评估和安全监测等军事和民用领域,是一项目前仍在迅猛发展的前沿技术。目前已经研制和开发出许多种技术体制的激光三维成像技术,各种不同体制的激光三维成像技术有着不同的原理、特点、适用场景和发展趋势。本文将对各种不同体制的激光三维成像技术进行总结,并对其原理和研究状况进行简介。     

多波长水汽探测激光雷达回波仿真及误差分析

大气水汽含量随海拔升高急剧减小,为准确获得水汽浓度随高度的分布,设计多波长发射水汽探测星载距离分辨差分吸收激光雷达(DIAL)。选取波长相差较小,水汽吸收截面不同的4个发射波长:其中3个吸收截面较大的波长作为信号光束,第4个吸收截面较小的波长作为参考光束,分3组对不同海拔高度处的水汽浓度进行分段探测。对4个发射波长的回波信号进行了仿真模拟,为验证其水汽探测能力,在白天和夜晚对3组波长水汽浓度探测的相对误差进行分析讨论。结果表明,在相对误差小于20%的情况下,该多发射波长星载距离分辨差分吸收激光雷达系统可以实现白天对流层(小于12 km)、夜晚平流层底以下(小于15 km)水汽浓度的探测。理论上初步证实了该多波长星载距离分辨差分吸收激光雷达能全天时精确地探测对流层水汽浓度分布。     

相干激光雷达探测目标研究

介绍了相干激光雷达对目标探测的技术优点和现状,阐述了基于相干探测技术构建的激光雷达的主要组成,并给出了整个系统的工作流程。文中基于1.5μm光纤光学技术搭建了相干激光雷达系统。通过搭建的系统进行了外场试验,获得了外场目标的成像图和不同汽车引擎振动产生的微多普勒谱特征图。通过试验证明了相干激光雷达系统可以在目标自动侦察识别方面发挥重要作用。     

人眼安全的生物气溶胶短程遥测系统

建立了满足激光辐照人眼安全要求的便携式生物气溶胶短程遥测系统,用于实现有人员活动区域生物战剂气溶胶的实时预警监测。以高频调制的405nm半导体激光器为激发光源,200mm口径的卡塞格林望远系统为信号光收集系统,搭建了基于伪随机调制的便携型生物气溶胶激光雷达短程遥测系统。该系统具备平行偏振散射、垂直偏振散射光探测,以及450nm和530nm两个波段荧光探测等四个同步探测通道。以枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌和酵母菌为样本对该激光雷达系统进行了初步测试。外场试验表明,该生物气溶胶遥测系统的空间分辨率为1.5m,荧光通道的探测距离为100m;3种被测生物气溶胶种类识别的回代误报率分别为9%、11.5%和14.5%,交叉误报率为11.3%。该遥测系统的激光能量低于激光辐照人眼安全标准的要求,基本实现了生物气溶胶的甄别。     

激光雷达数据过滤算法开展阶层式分类研究

机载激光雷达系统主要采用离散的三维激光进行数据测量,从而获取一种数字表面模型,其中数据滤波能够快速获取数字高程模型,一直是机载激光雷达数据处理的重点研究方向,机载激光雷达技术在水文、地质以及军事等行业得到了快速的普及。基于此,本文对激光雷达数据的点云数据分类方法进行了详细的探讨和研究。     

基于激光雷达距离图像信息的三维重构技术

摘要：为了得到目标物体的几何信息,提出一种利用距离数据对物体表面进行三维重构技术。将激光雷达扫描 的平面二维数据点转化为三维数据,根据激光雷达逐行扫描特点,对点云数据采用三角网生成法,得到三维网格, 并采用C++语言和OpenGL 在VC++6.0 编译环境下对其进行了验证。实验结果证明：该方法能有效地对采集的距离 数据进行重构,可以得出三维图形。     

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。     

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。