基于无人机探测大柴旦地区近地层气溶胶特征

通过改装多旋翼无人机（UAV）和搭载各类载荷以及联合地基观测设备对大柴旦地区大气、环境以及气溶胶参数进行测量。利用获得的数据资料，对该地区近地层气溶胶粒子数浓度（即单位体积空气中气溶胶粒子的数目）、消光系数以及气象要素等特征进行了分析。结果表明，在大柴旦地区，近地层气溶胶粒子数浓度日变化显著，呈现双峰形态，气溶胶粒子数浓度的变化范围为75～220 cm^-3,消光系数的变化范围为0.004～0.038 km^-1;当风速小于6 m/s时，气溶胶粒子数浓度与风速呈负相关关系；当风速大于6 m/s时，二者呈正相关关系；相对湿度对气溶胶粒子的影响较小，这可能是由于该地区以沙尘型气溶胶为主，吸湿性较弱。本研究基于多旋翼无人机探测平台，可以有效地获得近地层精细化大气、环境结构，有助于研究人员了解该地区气溶胶的结构、变化特征以及建立气溶胶模式，同时也为气溶胶及大气环境参数探测方法提供了技术支撑及思路拓展。     

2.0μm附近模拟呼吸气体中~(13)CO_2/~(12)CO_2同位素丰度的高精度实时在线测量

采用可调谐二极管激光吸收光谱技术,结合一新型多通池搭建了一套模拟呼吸气体中CO_2同位素丰度的测量装置.气体的压强、温度和流速被很好地控制且均能保持长期的稳定性;采用三次多项式拟合光谱基线,对光谱进行归一化,很好地消除了功率变化对测量结果的影响;利用移窗-回归技术消除频率漂移对同位素丰度测量的影响.实验结果表明:移窗-回归法的引入不仅延长了系统的稳定时间,还提高了系统的测量精度;小波去噪的应用获得了比多光谱平均法高2倍的信噪比;系统的稳定时间为100 s;Kalman滤波后系统测量精度为0.067‰.     

天光背景下混浊大气中成像质量的分析方法

调制传递函数(MTF)定量描述混浊介质对图像质量的影响,它是混浊介质的固有光学特性,利用等效原理可以获得MTF从低频到高频的完整特征.在实际应用中,混浊介质中的图像质量不仅取决于介质的MTF,还与图像的背景辐射密切相关.本文从混浊大气中图像退化机理出发,理论分析了空间频域中天光背景下图像质量的退化过程.参考等效原理,提出了一种考虑天光背景的表观MTF,得到了表观MTF与介质MTF和天光背景的定量关系,从而得到了一种分析背景辐射下混浊介质中图像质量的有效便捷方法.针对图像质量优化方法,从空间频域的角度提出了一种评价原则.     

大气损耗对量子干涉雷达的影响机理

以马赫-曾德尔干涉仪作为基本模型对量子干涉雷达的探测原理进行分析,讨论了目标探测过程中光场量子态的具体演化情况,并采用宇称算符作为相位检测算符分析了量子干涉雷达的回波信号,将其与基于振幅检测的经典雷达回波信号进行比较,证明量子干涉雷达具有超越衍射极限的超分辨率特性.此外,针对大气损耗的进一步研究显示:量子干涉雷达分辨率受大气损耗影响较小,且可通过增大脉冲光子数N克服其影响;而量子干涉雷达的灵敏度则受到较大影响,尤其当两路光的损耗情况不同时,灵敏度随N的增加呈现先升高后降低的趋势;当两路光损耗情况相同时,系统灵敏度随N的增加而升高且正比于1/N~(1/2).综上,可根据探测光的大气损耗情况适当调节参考光的衰减来克服大气损耗带来的不良影响.     

从光闪烁频谱反演大气湍流谱:原理与数值模拟

建立了一种数值算法,从光波在湍流大气中传播的闪烁时间频谱的高频特征反演大气光学湍流谱.此算法具有两点优越性:（1）反演出的湍流谱直接表征大气折射率的起伏而非大气温度场的起伏;（2）可以获得高空间波数、大部分位于耗散区的湍流谱,而用其它方法不易获得此区域的湍流谱.对Hill湍流谱以及一种复杂的湍流谱进行了大量数值模拟来检验此种算法,结果表明:如果知道大气风速与湍流内尺度就可以相当有效地获得湍流谱.     

13CH4分子v3振动带空气和氮气加宽系数温度依赖性研究

采用中红外波段连续可调谐二极管激光器和自行研制的低温吸收池, 测量了温度为296 K, 252 K, 213 K, 173 K时, 3.38 μm附近¹³CH₄分子的四条跃迁谱线的氮气和空气加宽光谱; 首次通过实验获得空气和氮气对¹³CH₄分子的碰撞加宽系数, 以及谱线加宽系数的温度依赖系数. 实验过程中, 利用Voigt线型对所测量的光谱进行拟合. 实验结果表明, 氮气和空气对¹³CH₄分子的碰撞诱导加宽系数随温度的降低而增大; 相同温度下, 氮气对¹³CH₄分子的碰撞加宽系数普遍大于空气加宽系数. 实验数据为地球和外星体大气遥感探测提供了依据.     

大气湍流随机相位差的相关解调算法研究

根据大气光学湍流的光纤干涉测量技术原理及其信号表现形式,针对湍流相位变化的随机性和复杂性,提出了能够实时解调湍流随机相位差的相关解调算法,数值模拟了固定相位差、波形相位差以及符合湍流频谱特征的随机相位差的解调.结果表明,此算法的绝对误差小于10-3,满足湍流测量的要求.该研究为实现光学湍流相位差的动态检测提供了必要的理...     

基于多孔径闪烁的湍流强度廓线反演方法研究

以多孔径闪烁方法的理论为基础,分别讨论了孔径滤波函数和光谱响应函数对权重函数的影响.根据包括边界层项的Hufnagel-Valley 5/7模型得到的闪烁指数,采用奇异值分解法反演了垂直方向的湍流强度廓线,结果的量级介于10~(-15)~10~(-17)之间,并随高度的增加不断减小,在量级和趋势上与理论模型基本一致;同时结合Shack-Hartman的实际测量结果,反演了水平方向1 km传输路径上的湍流强度分布状况.水平方向反演结果的量级在10~(-14)~10~(-15)之间,随传播距离的变化趋势与实验场地的实际情况较为符合,随时间的变化趋势与合肥地区同期的统计结果基本一致.     

一种半球形天空亮度测量仪器的研制

在大气光学领域中,天空亮度分布有着重要的应用.简要介绍了天空亮度的测量原理,在分析同类测量仪器的基础上,提出了一种用于白天的,可见及近红外波段天空亮度测量仪器的设计,介绍了系统的组成和探测器的选择.经过定标,仪器能够得到天空亮度的绝对值,其结果反映了真实天空亮度分布的变化.该仪器弥补了传统的天空亮度测量仪器住测量波段、实时性、便携性等方面的不足,更好地满足了实际的科研需求.     

激光湍流大气传输数值模拟中计算参量的选取

根据抽样原则、湍流介质特性、湍流效应和光传播效应等全面分析了网格间距、相屏间距和网格数目等关键计算参量选取的基本要求.通过数值计算,分析各种要求的可行性,表明在具体的数值模拟过程中,并非所有要求都能同时满足,若严格按照要求选择计算参量,所需的计算量常超出计算机负荷范围.结合具体数值计算,综合考虑计算机承受能力和计算准确度,给出了一种可靠实用的计算参量选取思路和方案.