基于激光雷达和毫米波云雷达的卷云特性分析

使用美国ARM计划安徽省寿县站2008年的微脉冲激光雷达和毫米波雷达的观测数据对寿县上空卷云的宏观物理特性进行了分析,联合两种雷达观测卷云扩大了卷云的边界轮廓,得到更为全面的卷云信息,结果表明了联合激光雷达和毫米波雷达观测卷云的必要性。在此基础上,对观测期间寿县上空的卷云个例进行统计分析,结果显示:卷云过程的平均云底高度分布在5~10km,其中6~7km范围所占的频率最大;平均云厚的分布范围为0.25~5km,其中90.8%分布在0.5~2.5km;卷云过程持续时间总体上随着持续时间的增大呈减少的趋势,持续时间最长为35.5h,平均为3.6h,持续时间小于5h的卷云过程占82.5%。     

光学线性调频步进信号合成与高分辨测距演示

利用分立激光器合成大带宽线性调频步进信号(FSCS)激光信号源以实现高分辨测距。依据FSCS信号测距原理,数值计算了激光器各参数对合成FSCS信号的影响及其误差容限。计算表明,在各激光器参数误差中,起始频率和起始时间误差是引起合成FSCS信号测距分辨力恶化的最主要因素。另外,利用一台中心波长1550nm、线宽为150kHz的线性调波长激光器,通过光学斩波方式,模拟产生了合成FSCS信号,进行了高分辨力的测距演示。理论分析与实验结果表明,采用分立激光器合成高分辨力测距FSCS信号是可行的。     

激光雷达信号随机误差的估算

在分析随机误差来源和激光雷达数据特点的基础上,介绍一种新的随机误差计算方法——噪音比例因子方法.该方法用一次测量数据列中远处背景信号算出噪音比例因子,再由噪音比例因子求出任一距离上有用信号的随机误差.用实测的激光雷达信号进行检验,结果表明,这种方法是可靠且可行的.     

激光微多普勒探测系统中降低相位噪音影响的方法研究

相干微多普勒激光雷达具有探测灵敏度高、探测信息量大等特点,特别适合于动目标探测、目标特征识别等应用.本文从线宽和探测距离两个方面讨论了模场相位随机起伏（相位噪音）对于测速准确度的影响,实验证实了相位噪音对激光微多普勒探测的影响,并探索出解决上述问题的方法——光纤补偿法.实验中,以输出波长为1.064 μm单块非平面环形腔激光器为光源,利用光纤补偿方法,并结合时频变换的算法,用外差探测的方式成功观测到了微多普勒频移,在传输距离为11 km时,系统最低探测速度达到了0.5 mm/s,速度分辨率达到了mm/s量级,频率分辨率达到了kHz量级,为微多普勒激光雷达的实际应用奠定了良好的实验基础.     

基于相干多普勒激光雷达的飞机尾涡观测

相干多普勒激光雷达(Coherent Doppler Lidar, CDL)凭借高精度、高时空分辨率等优势已成为晴空尾涡探测的主要手段。为了提高飞机尾涡观测效率并实现数据的快速处理和实时显示,基于2018年在四川开展的尾涡观测实验,提出了一种基于CDL频谱宽度和径向风速的尾涡快速识别方法,并基于此方法分析了典型机型的尾涡演化过程。结果表明,不同机型的尾涡演化趋势相似,均在距地面约50 m处产生并向下、向外扩散,尾涡环量逐渐减小,但由于近地面效应的影响,会伴有短时间环量增加现象。随着飞机重量和翼展的减小,尾涡的耗散时间缩短,左右涡初始涡核的间距减小,频谱宽度融合现象更明显,该现象消失所历经的时间增加。     

利用紫外Mie散射激光雷达探测澳门地区沙尘暴事件

研制了一台工作波长为355nm的紫外高能Mie散射激光雷达,并利用该激光雷达在2010年一次沙尘暴事件期间对澳门上空的大气进行了探测,得到了澳门地区不同时刻的气溶胶消光系数垂直廓线。利用Fernald方法反演得到的气溶胶近地面消光系数随时间的变化与当地气象数据具有较好的一致性,气溶胶消光系数与当地可吸入颗粒物浓度的相关性达到了0.93。气溶胶垂直廓线显示,在沙尘暴来临期间存在明显的沙尘气溶胶凝集层。通过气溶胶轨迹倒推,分析了沙尘气溶胶的来源及路径。观测结果表明,该激光雷达可以在特殊天气条件下对澳门地区气溶胶进行有效探测,这将有助于深化对澳门上空气溶胶特性的研究。     

Rayleigh散射Doppler激光雷达风场反演方法改进

在Rayleigh散射Doppler激光雷达的风场反演过程中,除了温度、压强等因素之外,风速反演结果的 准确性还受到Mie散射信号的影响．当Mie散射信号较强时,尤其是遇到高层云或火山灰等情况,如果仍不考虑 气溶胶信号,由于温度不确定度和气溶胶信号的综合影响,风速反演结果将与真值偏差很大．本文提出了利用 激光雷达在垂直方向的测量信号同时反演后向散射比和大气温度的非线性迭代算法,并优化给出了最佳的 初始发射激光工作点．仿真试验结果表明:该方法可以准确有效地反演后向散射比;将该方法结合非线性迭代 风速反演方法,可以有效消除气溶胶后向散射信号的影响,进一步提高大气风速和温度的反演精度．     

空间环境之光学探测

 自然界中多姿多彩、纷繁变幻的光学现象激励人们不断认知和探索丰富的未知世界。在地球大气层之外, 存在一个叫做“空间环境”的领域, 它涵盖从离地面大约20 km 开始一直延伸到太阳的广阔空间。