拉曼氣溶膠激光雷達(dá)探測

針對全球范圍內(nèi)大氣參數(shù)實(shí)時監(jiān)測技術(shù)需求，以地表30千米內(nèi)與人類活動密切相關(guān)的大氣空間為探測對象，依據(jù)大氣分子的拉曼散射原理，開展具有自主知識產(chǎn)權(quán)的紫外域波長激光雷達(dá)探測大氣水汽、溫度和氣溶膠特性的系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)研究，主要涉及拉曼激光雷達(dá)系統(tǒng)探測技術(shù)、微弱信號提取技術(shù)與方法、大動態(tài)范圍的數(shù)據(jù)拼接與校正技術(shù)、多參量并行精細(xì)探測及反演技術(shù)和模塊化系統(tǒng)集成技術(shù)與對比實(shí)驗(yàn)研究等多學(xué)科交叉技術(shù)。結(jié)合多年來研究大氣水汽和溫度拉曼激光雷達(dá)技術(shù)的積累，研制了以特殊分色1片和窄帶干涉濾光片為核心的拉曼分光系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了大氣分子的振動和轉(zhuǎn)動拉曼信號的精細(xì)提取技術(shù)，構(gòu)建了拉曼激光雷達(dá)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對大氣水汽、溫度與氣溶膠廓線的精細(xì)探測。長期實(shí)驗(yàn)探測性能穩(wěn)定，可靠性高，可作為區(qū)域性大氣和空間環(huán)境地基激光雷達(dá)監(jiān)測基地繼續(xù)開展長期觀測實(shí)驗(yàn)研究。

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拉曼氣溶膠激光雷達(dá)

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基于Fernald法研究了激光雷達(dá)比設(shè)定值與激光雷達(dá)有效探測范圍內(nèi)氣溶膠光學(xué)厚度之間的函數(shù)關(guān)系。針對函數(shù)的連續(xù)性,提出了以光學(xué)厚度為收斂判據(jù),采用二分法反演低層氣溶膠激光雷達(dá)比的新方法。2014年7月下旬,利用太陽光度計(jì)和西安理工大學(xué)自主研發(fā)的拉曼-米氏激光雷達(dá)對西安局部地區(qū)大氣進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)觀測,并利用所提出的方法進(jìn)行了數(shù)據(jù)反演。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,西安局部地區(qū)氣溶膠激光雷達(dá)比在觀測期間比較平穩(wěn),基本為44或45。降雨當(dāng)天,受大氣濕度影響,激光雷達(dá)比值較大為51。利用激光雷達(dá)米氏散射回波信號和太陽光度計(jì)探測數(shù)據(jù),提出了采用迭代反演算法開展氣溶膠激光雷達(dá)比精細(xì)反演新方法,對研究氣溶膠光學(xué)特性的精細(xì)反演算法具有重要的意義。

激光雷達(dá)是工作在光頻波段的雷達(dá)。與微波雷達(dá)的原理相似，它利用光頻波段的電磁波先向目標(biāo)發(fā)射探測信號，然后將其接收到的同波信號與發(fā)射信號相比較，從而獲得目標(biāo)的位置(距離、方位和高度)、運(yùn)動狀態(tài)(速度、姿態(tài))等信息，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的探測、跟蹤和識別。

激光雷達(dá)由發(fā)射，接收和后置信號處理三部分和使此三部分協(xié)調(diào)工作的機(jī)構(gòu)組成。激光光速發(fā)散角小，能量集中，探測靈敏度和分辨率高。多普1勒頻移大，可以探測從低速到高速的目標(biāo)。天線和系統(tǒng)的尺寸可以作得很小。利用不同分子對特定波長得激光吸收、散射或熒光特性，可以探測不同的物質(zhì)成分，這是激光雷達(dá)獨(dú)有的特性。

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激光雷達(dá)的研究起源于上世紀(jì)60年代末，起初主要用于軍1用領(lǐng)域，自1995年正式實(shí)現(xiàn)商業(yè)化之后，在測繪、資源勘探等領(lǐng)域發(fā)揮了越來越多的作用，在盛行的“黑科技”無人駕駛技術(shù)的開發(fā)上，激光雷達(dá)更是核心技術(shù)之一。隨著技術(shù)的發(fā)展和完善，激光雷達(dá)的應(yīng)用范圍也越來越廣，其中環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域就是很重要的一個方面，可以用來測量顆粒物、臭氧、溫度和濕度的變化等等。