非共轴激光雷达几何因子分析与测量

介绍了非共轴激光雷达几何因子的物理意义,分别通过理论分析和试验测量给出了求解几何因子的方法。结合自行研制的CSY-1便携式能见度激光雷达,将两种方法得到的几何因子进行对比,讨论了系统参数对几何因子的影响,从而实现了对激光雷达系统优化设计的可能性。     

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．     

空间多普勒激光雷达地面散射信号分析

为了扩展空间多普勒激光雷达地面散射信号的应用范围,采用多个机载多普勒激光雷达飞行实验数据,对地面散射信号的强度、海拔高度、速度等特征进行了数据分析,并利用地面散射信号与上层大气信号强度的比值,可以等效体现地面反射率特征,即地面散射信号解算的海拔高度与数字海拔高度模型数据相吻合,两者平均值偏差小于20 m,标准偏差小于100 m;使用地面散射信号实现飞机速度校正,与使用飞机平台数据解算的结果具有较好的一致性,采用直接探测手段时,标准偏差小于1.5 m/s,采用相干探测手段时,标准偏差小于0.5 m/s,验证了利用地面散射实现空间平台速度校正的可行性。另外,针对云散射信号的存在和影响,提出了一种利用海拔高度数据比对的方法,实现云散射和地面散射的识别。     

基于拉曼激光雷达的大气温度和水汽反演分析

为了同时测量大气温度,水汽和大气气溶胶,中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学中心研制了一台多功能拉曼激光雷达。该激光雷达采用多腔干涉滤光片的高性能光谱盒,同时按小角度入射顺序安装,分离不同波长的激光雷达回波信号,并能高效率地提取信号。利用该台拉曼激光雷达进行连续观测,分析了大气温度、水汽混合比的垂直分布。研究结果表明:探测时间为5分钟,激光能量为200 mJ时,激光雷达和无线电探空仪测得的平均偏差很小, 10 km以下的总体趋势相似,同时观测到逆温层位于对流层低层。在干净天的条件下, 6.2 km高度下的夜间统计温度误差在1K以下;在轻微雾霾天的条件下, 2.5 km高度下的夜间统计温度误差在1 K以下。水汽探测过程中,激光雷达在4 km以内的相对误差不超过5%, 7.5 km以内的相对误差不超过20%。连续观测结果验证了拉曼激光雷达的可靠性,实现了对流层大气参数的实时测量。     

空间多普勒激光雷达海表面散射信号分析

为了验证受海表面风速驱动的海表面反射率模型和计算海表面信号进行零风速校准的精度,开展了激光雷达海表面散射信号强度和速度特征的分析。在强度特征信息方面,进行了海表面反射率仿真模型和机载激光雷达海面散射信号实测数据的对比,考虑激光水下散射,参考QuikSCAT的海表面风速大小,测量结果和模型曲线基本吻合。在速度特征方面,通过海表面运动波形的仿真和海表面速度信息的提取,考虑波面的垂直和水平运动,采用时间积分的海表面探测信号零风速校准误差小于0.2 m/s。     

地面对激光雷达信号散射的统计研究

从理论角度研究了利用高斯光束照射远场目标时,激光散斑的统计特性.导出了散射光场的自相关函数和光强度的二阶矩的解析表达式,计算了激光散斑的面积.研究表明:在接收面上,光强的分布与目标表面高度的相关长度和均方根高度密切相关,激光散斑面积和散斑光强的相关系数只与激光束腰的尺度有关,与目标的均方根高度和相关长度无关. 关键词： 激光散斑 自相关函数 高斯分布 协方差     

基于CCD成像的侧向散射激光雷达几何标定方法

通过分析CCD成像特点,设计了侧向散射激光雷达几何标定实验,得到CCD各像元的角宽度,并确定了CCD像元与散射光位置之间的对应关系.对两次实验中采集的回波信号进行标定,并分别与POM02进行相函数比对、与后向散射激光雷达进行探测信号比对,结果表明:相函数廓线和POM02测量结果相吻合;侧向散射激光雷达信号与后向散射雷达的距离修正信号在650m以上的变化趋势一致.侧向散射激光雷达弥补了后向散射激光雷达在近地面段不能探测气溶胶的不足,该标定方法可靠,为进一步利用侧向散射激光雷达研究近地面气溶胶的时空分布奠定了坚实的基础.     

基于CCD的侧向散射激光雷达信号提取方法

后向散射激光雷达是探测大气气溶胶空间分布的强有力手段,但由于盲区和过渡区的存在,限制了它在近距离段的探测范围和精度。基于电荷耦合器(CCD)的侧向散射激光雷达可实现近距离段气溶胶信号的连续探测,且探测精度较高。分析了侧向散射激光雷达中干扰光和背景光的特点,找到了减少它们的方法。分析了激光在大气中产生侧向散射光的特点,找到了同一距离处侧向散射光的叠加方法。应用Matlab编程实现了对信号的自动提取,并与后向散射激光雷达信号进行了实验比对,结果表明该信号提取方法是可靠的、可行的。     

Mie散射大气激光雷达回波信号消光系数边界值估算

报道了一种使用最小二乘法拟合大气激光雷达回波信号,计算消光系数边界值的算法。无云层天气条件下,利用最小二乘法对回波信号全程拟合获得大气消光系数边界值;有云层天气下,先将激光雷达信号在大气中的传输光路分段为云层区和非云层区,忽略回波信号中的云层信息,假设非云层区大气近似均匀,利用最小二乘法拟合获得大气消光系数边界值。     

Mie散射激光雷达回波信号小波去噪方法

针对强背景光下,Mie散射激光雷达回波信号所含噪声的特点,提出小波滤波消噪方法.该方法通过小波变换分离出背景光的直流部分,并利用小波软阈值消除来自背景光的白噪声和探测系统的电噪声.为了验证该方法的有效性,提取并反演了Mie散射激光雷达系统实际探测得到的大气回波信号.反演结果显示有效探测距离从2.5km提高到5km,表明该方法能够在白天背景下有效降低Mie散射激光雷达回波信号中的电噪声和背景光的噪声污染.     

基于纯转动拉曼谱线激光雷达的大气温度反演分析

由于气溶胶的影响,传统的瑞利散射法测量低空大气温度有一定的局限,为此开展了纯转动拉曼法测量低空大气温度。利用纯转动拉曼激光雷达在北京进行了2个月的大气温度观测,由观测数据反演了温度廓线。在基于N₂和O₂的纯转动拉曼谱线特征进行大气温度反演过程中,分析了平滑窗口、定标范围和定标常数对温度反演精度的影响。结果显示随着平滑窗口的增大,雷达和无线电探空仪测量的温度之间的平均绝对偏差先减小后增加,为有效去除信号中随机误差的影响,同时保留温度廓线的垂直结构,平滑窗口应选择600~1 200 m比较好。定标范围不同,雷达和无线电探空仪测量的温度之间的平均绝对偏差就不同,相对变化约为0.07 K。当定标常数a,b都增大或都减小时,雷达和无线电探空仪测量的温度之间的平均偏差增大,当一个增大另一个减小时,平均偏差相互抵消;a,b的变化不是等几率的,在符号上总是相反的;平均偏差对a的变化不敏感,对b的变化也不敏感,对a与b的整体变化敏感,约91.7%平均偏差落入-3~3 K之间。该研究分析结果对纯转动拉曼激光雷达数据反演中涉及的平滑窗口、定标范围的选择提供了理论依据,对激光雷达定标常数造成实际温度反演结果的误差提供了参考。     

不同风速下侧向散射激光雷达的回波信号分析

对不同风速条件下,CCD侧向散射激光雷达的回波信号进行了分析.根据Mie散射原理及侧向散射激光雷达工作原理,确定了大气气溶胶浓度与激光雷达侧向散射光强的相关性;进一步考虑气溶胶浓度与风速的关联,利用实验装置获取了激光雷达侧向散射光强与风速的关系,分析了不同风速条件下侧向散射激光雷达的回波信号.在轴流风机以及自然风两种条件下进行对比实验发现,当风速范围在1~4.5 m/s时,侧向散射光强随风速的增加而增加;当风速范围在4.5~6.0 m/s时,光强随风速的增加较少.对实验结果归一化处理,得到风速范围在1~4.5 m/s时,风速每增加1 m/s,侧向散射光强在轴流风机及自然风的实验条件下分别增加了3.7%和3.9%;风速范围在4.5~6.0 m/s时,风速每增加1 m/s,侧向散射光强分别减少了3.1%和3.8%,在自然风况的各个风向上都基本符合这一变化趋势.     

探测大气温度和气溶胶的瑞利-拉曼-米氏散射激光雷达

研制了一台瑞利-拉曼-米氏散射激光雷达,实现了对流层和平流层大气温度和密度的探测。作为多参数大气探测系统,该激光雷达也实现了夜间至25km、白天至5km高度气溶胶的探测能力;其中激光雷达是探测平流层气溶胶最有效的手段之一。利用该激光雷达对目前合肥地区对流层温度、平流层逆温现象、对流层和平流层气溶胶做了探测和分析,并给出若干典型结果。分析表明,该激光雷达数据可靠,可用于大气温度、密度、气溶胶的常规观测和分析研究。     

碳纳米管的拉曼散射

本文报道了经电弧放电产生的阴极沉积物外壳与内芯，以及石墨电极的喇曼光谱。     

基于EMD-DISPO的Mie散射激光雷达回波信号去噪方法研究

激光雷达回波信号是典型的非稳态、非平稳信号,用传统的滤波方法难以对其进行有效地处理.利用经验模式分解方法(EMD)将信号按照不同的特征时间尺度分解为不同的IMF分量,将含有噪声的高频IMF分量剔除,可达到去噪的目的.但如果简单地将高频分量直接剔除,有可能造成有效信号的损失.可提出将EMD方法与Savitzky-Gola...     

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     

医用碳纤维的拉曼散射

本文报道了三种不同碳含量的碳纤维植入犬体前后的拉曼光谱，实验结果表明，碳化温度越高，碳纤维的石墨化程度越高，碳纤维植入犬体一年后，其表面石墨化程度降低，但碳纤维主体仍为良好的石墨结构。     

纳米三氧化二铬的拉曼散射

纳米三氧化二铬的拉曼散射左健冯建平许存义（中国科学技术大学结构分析开放实验室安徽合肥２３００２６）吴若（江西师范大学物理系江西南昌３３００２７）ＲａｍａｎＳｃａｔｅｒｉｎｇｏｆＮａｎｏｓｃａｌｅＣｈｒｏｍｉｃＯｘｉｄｅｓＺｕｏＪｉａｎ，ＦｅｎｇＪｉａ...