氮胁迫下水稻的激光诱导荧光光谱特性

为了指导水稻的田间施肥,解决因过量施肥造成资源的大量浪费以及环境污染,特别是水体富营养化等问题,搭建了基于紫外激光诱导荧光技术的荧光光谱探测系统,以研究水稻叶片的氮水平与荧光强度的相关性。文中先用植物营养测定仪(TYS-3N)测定水稻叶片氮含量和叶绿素含量（样本为水稻分蘖期的倒二叶,采集于中国江汉平原地区）,再用搭建的测量系统采集了不同氮水平的荧光光谱。获得了不同氮水平下水稻叶片的荧光光谱数据库,分析了荧光光谱参数F₇₄₀/F₆₈₅（为峰值740,685 nm处的荧光强度比）与氮水平的相关性,发现氮含量的变化对水稻叶片荧光光谱特性影响明显。通过该实验验证了荧光参数的峰值比F₇₄₀/F₆₈₅与氮含量呈明显的线性正相关,相关系数（r）为0.871 8,均方根误差（RMSE）为0.076 82。实验表明采用激光诱导荧光光谱探测技术具有快速无损等优点,且有一定潜力用于定量测量植被营养元素的含量,为采用荧光技术对农作物施氮管理提供了支持。     

差分吸收大气CO2激光雷达的大气压力增宽修正算法

CO2作为温室气体主要成分对全球气候有重要的影响。现有的被动观测设备都只能获得单点上空的CO2浓度值,而差分吸收激光雷达在探测CO2方面具有巨大优势,可以获得较高的时空分辨率。然而,在利用差分吸收激光雷达探测CO2浓度时,其中的压力增宽有不可忽视的重要影响。基于此着重对压力增宽进行分析,提出新的修正算法,新方法同经典算法相比较,减小了反演过程中的误差。实验中分别对一例仿真信号和实测信号进行反演,最终获得了CO2浓度垂直廓线分布较为理想的结果,验证了新修正算法的可行性。     

水稻叶绿素浓度对荧光光谱的影响

为了加强对水稻生长状况的监测,指导水稻的田间施肥,提高施肥利用效率,以增加农作物产量、提高粮食品质,实验室搭建了基于激光诱导荧光技术的荧光探测系统,以研究水稻叶片的叶绿素含量与荧光峰值比之间的相关性。文中测量样本为水稻分蘖期和拔节期的倒二叶,栽培地区位于中国江汉平原。文中先采用凯氏定氮法和相应公式结合测得水稻叶片的叶绿素含量(mg·g-1),再用搭建的荧光探测系统采集了水稻叶片不同叶绿素含量的荧光光谱(激发波长为355 nm)。获得了水稻叶片在不同叶绿素含量下的荧光光谱数据库,定量分析了荧光峰值比F₇₄₀/F₆₈₅(荧光谱峰740 nm、685 nm处的荧光强度比)与叶绿素含量的相关性,发现叶绿素含量的变化对荧光光谱特性影响明显。由实验数据分析可知荧光参数中的峰值比(F₇₄₀/F₆₈₅)与叶绿素含量呈现很好的线性正相关,相关系数(R2)在水稻的分蘖期和拔节期分别达到了0.901 3和0.912 5。实验分析结果表明诱导荧光光谱技术具有方便、快捷、无损等优点,在农作物生长状况的遥感定量监测等方面也具有一定发展潜力。     

多光谱对地观测激光雷达接收通道选择方法

多光谱对地观测激光雷达是一种新型植被监测手段,其应用越来越广泛。现有多光谱对地观测激光雷达系统大多采用光栅分光、多通道光敏阵列探测的数据接收模式。单纯地增加接收通道以提高光谱分辨率、增加接收光谱范围会带来数据冗余、系统集成难度大以及成本过高等问题。讨论了如何确定通道数目并通过闪耀光栅以及中心闪耀波长的选取将特征波长调节至合适通道的中心位置;同时,利用基于主成分分析的特征权重波长修正方法,对落在通道外或不在通道中心位置的特征波长进行修正。在不减少植被光谱信息的前提下,此过程可提高信息接收的有效性,还在一定程度上对波长选择理论进行了补充,提高了多光谱对地观测激光雷达系统在实际应用中的适应性。     

基于匹配算法的脉冲差分吸收CO2激光雷达的稳频研究

利用差分吸收激光雷达探测大气CO₂, 可以获得其浓度的垂直分布, 对于研究碳源、碳汇的过程有重要意义. 设计了一套种子注入的脉冲差频激光器系统, 作为差分吸收激光雷达的激光光源. 针对脉冲差分吸收CO₂激光雷达on波长的高精度稳频的研究空白, 本文提出一种基于匹配的on波长的连续稳频算法. 其基本思想是采用分子饱和吸收法, 测量通过双路吸收池后的差分信号, 计算其光学厚度值(optical depth, OD), 获得实测的伪吸收谱, 当监测到on波长发漂移后, 进行连续的波长调节, 获取其OD值, 最后基于一维的图像匹配算法, 将OD值作为灰度值, 利用图像匹配原理, 进行OD值匹配, 确定当前输出波长在伪吸收谱中的位置, 进而调节至on波长, 实现on波长的连续、稳定输出. 实验结果表明, 提出的稳频算法能够很好的满足高精度的稳频要求, 同时差平方和法在该应用中是最优的, 稳频精度可达到0.3 pm.