基于激光器输出模式的离轴激光雷达重叠因子计算及近场信号校正

基于几何分析,将离轴激光雷达在近距离范围内望远镜视场与发射激光分布的交叠区分为三种形状,并给出了计算离轴激光雷达重叠因子的解析计算公式.基于该公式和发射激光的高斯分布得到了本实验室Mie散射激光雷达重叠因子随高度的变化曲线.利用该曲线对成都地区在不同天气状况下的雷达回波信号进行了校正.在此基础上,利用Klett算法对校正后的回波信号进行了反演,得到了532 nm波长大气消光系数随高度的变化曲线.结果表明,基于文中校正方法得到的大气消光系数能反映实际的天气情况. 关键词： 离轴雷达 重叠因子 高斯模式     

米散射激光雷达重叠因子及全程回波信号标定技术研究

由于激光雷达光轴夹角的存在和光束质量分布的非均匀性, 导致理论回波信号与实际回波信号有较大差别, 需要对其进行校正. 基于数学推导和软件仿真, 给出了激光雷达重叠因子的数学表达式, 分析了光轴夹角导致的系统重叠因子在全程探测空间的变化情况; 分析了光束分布为高斯分布和均匀分布时的重叠因子变化情况; 对激光雷达的距离校正信号和Klett算法公式进行了重叠因子修正, 最后在对激光雷达系统参数标定的基础上, 在重叠区域利用修正的Klett公式对其所测得到的回波信号进行了修正, 在探测盲区利用斜率法修正距离校正信号, 进而得到了符合理论与实际情况的激光雷达在全程上校正的消光系数曲线. 关键词： 激光雷达 标定 重叠因子 消光系数     

基于气溶胶光学参数的拉曼激光雷达重叠因子校正方法

提出了一种稳定的拉曼激光雷达重叠因子计算和校正算法,适用于含有拉曼散射通道的激光雷达系统的重叠因子校正。此算法基于大气气溶胶光学参数的拉曼反演算法,通过分析消光系数和后向散射系数的反演特点,发现后向散射系数在过渡区中不受重叠因子的影响。用后向散射系数和激光雷达比的乘积对消光系数缺失信号进行初步校正,进而正演出初步校正后的拉曼散射回波信号,将实际拉曼散射回波信号与正演的拉曼散射回波信号相除即可得到重叠因子廓线。对回波信号和气溶胶光学参数进行了过渡区信号校正和盲区信号补充。分别用单组和连续的激光雷达实验观测数据进行了重叠因子的计算和校正,并与能见度仪观测的近地面数据进行了对比,呈现良好的一致性。结果表明,此算法对重叠因子计算较为稳定。     

基于激光强度分布的激光雷达重叠因子计算及其敏感性分析

激光雷达系统是一种功能强大的遥感设备,具有较高的时空分辨率和精度,广泛应用于区域或全球尺度的大气探测。重叠因子是影响激光雷达系统探测近距离大气的一个重要因素,对其进行精确的计算有利于获得准确探测结果。基于激光强度分布的重叠因子计算方法具有简单实用的特点,可应用于任意指定激光强度分布和不同系统参数的激光雷达重叠因子求解。利用该算法对重叠因子进行了计算,并与实验法测量得到的重叠因子进行了对比分析。重点分析了重叠因子对各个参数的敏感性。分析结果为指导激光雷达的系统调试、优化配置和误差控制提供了一定的参考。     

激光雷达回波信号的蒙特卡罗模拟研究:I.均匀薄雾的多重散射强度分布(英文)

本文简要报道了激光雷达回波信号及多重散射强度分布的蒙特卡罗模拟计算结果。激光雷达系统采用共轴设计 ,计算中采用具有一定厚度、均匀分布的球形薄雾粒子来模拟大气环境 ,研究了粒子尺寸对回波信号的影响 ,获得了不同粒子半径、不同接受视场角条件下多重散射信号强度分布的经验公式。以上两套经验公式具有良好的校正系数 ,可以直接用于激光雷达系统设计中多重散射效应的研究 ,节省大量的模拟计算时间 ,提高设计效率     

激光雷达回波信号的蒙特卡罗模拟研究:Ⅰ.均匀薄雾的多重散射强度分布

本文简要报道了激光雷达回波信号及多重散射强度分布的蒙特卡罗模拟计算结果。激光雷达系统采用共轴设计,计算中采用具有一定厚度、均匀分布的球形薄雾粒子来模拟大气环境,研究了粒子尺寸对回波信号的影响,获得了不同粒子半径、不同接受视场角条件下多重散射信号强度分布的经验公式。以上两套经验公式具有良好的校正系数,可以直接用于激光雷达系统设计中多重散射效应的研究,节省大量的模拟计算时间,提高设计效率。     

基于粒子谱的多波长激光雷达近场大气光学参数校正方法

非同轴激光雷达由于存在发射激光与接收望远镜之间的不完全重叠区, 造成近场回波信号与真实大气信号不一致. 对于多波长激光雷达, 这种不一致更为突出和复杂. 然而, 近场大气是人类活动最集中的区域, 因此对多波长激光雷达近场信号进行校正, 对于了解和探究边界层大气具有十分重要的意义. 提出了一种利用粒子谱仪测量近地层气溶胶尺度谱分布并运用Mie 散射理论和低层大气指数衰减规律, 进而直接校正多波长激光雷达消光系数廓线近场信号的新方法. 通过对晴天、多云天气和雾天多波长气溶胶消光系数廓线近场信号的校正, 证明了该方法的可行性和实用性. 该方法着重考虑了多波长激光雷达比的波长依赖性和气溶胶粒子谱分布的天气相关性, 将该方法用于近地层大气消光系数廓线校正, 减少了由于不考虑这两个因素带来的消光系数廓线反演和校正的不确定性. 该方法对于研究不同天气情况下边界层内的大气气溶胶物理、光学特性具有一定的实用价值和借鉴意义.     

振动拉曼散射信号反演激光雷达几何因子分析

利用研制的探测大气二氧化碳廓线的振动拉曼激光雷达系统采集的氮气分子振动拉曼散射信号,结合激光雷达探测时的大气消光数据,反演求出激光雷达的几何因子曲线。并对气溶胶波长指数变化对振动拉曼信号反演几何因子造成的影响进行分析与估算。气溶胶消光波长指数变化对振动拉曼散射信号反演几何因子会带来较大的误差影响。当气溶胶消光波长指数或其谱分布确定时,振动拉曼散射信号反演几何因子具有简便、可靠等优点,在振动拉曼激光雷达系统几何因子确定中可以充分应用此方法。     

非共轴激光雷达系统参数对几何因子的影响

介绍了非共轴激光雷达几何因子的物理意义,通过数值模拟分析了激光雷达各系统参数包括：激光发散角、接收视场角、光轴间距、光轴失调夹角对几何因子的影响。结果表明：光轴离轴失调对激光雷达影响最大,在系统设计时应极力避免。结合自行研制的CSY2型能见度激光雷达,将理论计算与实验测量值进行对比,实验结果表明两种计算结果基本一致。     

基于Monte Carlo积分法的离轴激光雷达几何因子的计算及系统优化

基于雷达光学系统的几何概率因子,考虑望远镜接收系统副镜在主镜上的投影对激光光斑高斯强度分布的影响,引入蒙特卡罗积分法,改进离轴激光雷达几何因子的理论计算方法.在望远镜焦平面处添加合适的透镜,通过透镜的成像效应,保证回波信号的入射光瞳只与望远镜的口径有关,不受探测器有效接收面积的影响,以实现对系统几何因子的进一步优化,并分析焦距等透镜参数对雷达系统几何因子的影响.理论计算与实验结果进行对比,结果表明改进后的理论计算值比实验值的相对误差减小了30%,改进后的理论计算方法效果理想且简单易行.