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。     

测量大气边界层高度的激光雷达数据反演方法研究

大气边界层与人类关系最为密切,它的高度分布直接反映了近地面的大气状况.而今激光雷达已成为探测大气边界层时空演变特征的最有效手段,但如何从大量的测量数据中精确提取大气边界层高度则成为限制其应用的主要问题.介绍了四种常用的大气边界层高度提取方法,即梯度法、标准偏差法、曲线拟合法和小波协方差变换法,并结合自行研制的偏振拉曼-米散射激光雷达的实测数据,分别对四种方法的提取结果进行分析.结果表明:四种方法各有优缺点,梯度法、标准偏差法和小波协方差变换法比较相近,准确性高但不稳定;而曲线拟合法的稳定性好,但提取结果相对折中.总体而言,曲线拟合法更适用于大量数据的批处理运算.     

基于双法布里-珀罗干涉仪多纵模米散射多普勒激光雷达技术EI北大核心CSCD

提出了基于双法布里-珀罗干涉仪(FPI)的多纵模米散射多普勒激光雷达技术,分析了探测原理,并导出了径向风速和后向散射比测量误差公式。该技术要求多纵模激光源的纵模间隔与双FPI的自由谱间距相匹配,并将各纵模的中心频率锁定在双FPI周期性频谱曲线的交叉点附近。详细分析了频率匹配误差引起的风速测量误差。在低风速区域,由频率匹配误差造成的风速测量误差增加的百分数EV随匹配误差的增大而迅速增大;频率匹配误差不变时,EV随风速增大而缓慢减小;当频率匹配误差小于10 MHz时,EV将小于5%。设定合理的大气模式和系统参数,对基于双FPI的多纵模米散射多普勒激光雷达的探测性能进行了仿真分析。结果表明:在0~10 km高度、0~50 m/s的径向风速范围内,当距离分辨率为30 m、时间分辨率为30 s、激光发射天顶角为30°时,系统白天和晚间的径向风速测量精度分别优于1.50 m/s和1.02 m/s;在无云条件下,系统白天和晚间的后向散射比相对测量精度分别优于6.57%和4.53%。     

车载式激光雷达测量大气水平能见度

 激光雷达作为一种新型的大气观测工具,可以通过直接探测激光与大气相互作用的光辐射信号来定量地反演大气水平能见度,更好地反映大气对传输于其中激光的衰减作用,从而成为测量大气水平能见度的主要手段。简单介绍了自行研制的国内首台车载式拉曼-米(Raman-Mie)散射激光雷达的结构和技术参数,并利用斜率法从激光雷达的采集数据中反演出大气水平能见度。通过实际观测并与美国Belfort能见度仪的对比试验,显示该激光雷达在探测大气水平能见度方面具有较高的可靠性和准确性,其测量误差小于20 %。     

高层薄卷云消光后向散射比的求解方法

卷云的消光后向散射比是研究卷云光学特性的一个重要参量,我们的工作就是利用米散射激光雷达探测的大气和卷云的后向散射信号来获得间断出现的高层薄卷云的消光后向散射比.在无大的天气系统过境的情况下,通过对定点观测到的雷达上空有卷云和无卷云的大气回波信号的对比求解,得出间歇性卷云的消光后向散射比,并与其他方法进行了对比分析,指明了该方法的可靠性和局限性.     

基于FPGA的激光雷达数据采集卡设计北大核心CSCD

激光雷达作为大气探测的有效手段之一,逐渐向小型化、轻量化的趋势发展。针对激光雷达的功能专用性,基于现场可编程门阵列(FPGA)对探测、采集系统进行了集成优化设计。逻辑中各模块之间通过握手协议和同步有限状态机有序配合完成数据链路的构建和传递。系统以FIFO作为ADC的数据存储器,通过AXI总线协议配合Xilinx MIG IP有序将FIFO的数据突发缓存到DDR中,并且通过千兆以太网完成对采集数据的传输。该激光雷达数据采集卡集成光电倍增管增益控制和回波信号采集功能,并采用兼容性硬件和逻辑设计,具有集成度高、增益调节便捷且精度高、采集快速方便以及快速适配等诸多优点。     

基于双级联法布里-珀罗干涉仪多纵模测温激光雷达技术

提出了基于双级联法布里-珀罗干涉仪(FPI)的多纵模高光谱分辨率测温激光雷达技术。分析了该技术的温度探测原理，并据此构建温度探测的理论模型，导出了温度和后向散射比测量误差公式。该技术要求多纵模激光发射源的纵模间隔与双级联FPI的自由谱间距相匹配，并将各纵模的中心频率锁定在前级FPI周期性频谱的峰值位置。详细分析了频率匹配误差和锁定误差引起的温度测量偏差，结果表明：后向散射比越大，相同的频率匹配误差和锁定误差引起的温度测量偏差就越大；频率匹配误差对温度测量的影响大，为保证低层大气温度测量准确，频率匹配误差和锁定误差应分别小于5 MHz和10 MHz。进一步给出了采用FPI腔长粗扫和细扫相结合的频率匹配校准方法和步骤。设定合理的系统参数，对基于双级联FPI的多纵模测温激光雷达系统的探测性能进行仿真分析。结果表明：在0～20 km高度范围内，通常匹配误差和锁定误差引起的温度测量偏差很小，在2 km以上可忽略不计；若出现云层、沙尘等，对应高度的温度测量偏差将会较大；垂直距离分辨率取30 m@0～12 km和60 m@12～20 km、时间分辨率取1 min时，白天和晚间由噪声引起的温度测量误差...     

合肥和邢台近地面臭氧浓度日变化个例分析

近地面臭氧污染日趋严重,对人类健康和动植物生长有显著危害。对合肥和邢台两地近地面臭氧结果进行了对比分析。2003~2004年期间合肥地区臭氧浓度日变化呈现较明显的早、中、晚“三峰型”结构;2016年5~6月观测期间邢台臭氧日变化主要呈现早、中“双峰”型结构。合肥臭氧观测站周围被树木环绕,水库包围,植物释放的挥发性有机物引发的光化学反应不容忽视; 陆地和水面之间形成的湖陆风下沉气流是形成早晚次峰的主要原因。邢台属于复合型污染地区,臭氧浓度分析应综合考虑污染源、臭氧前体物成分、气象条件、地理位置等因素。合肥地区数据研究表明,强太阳辐射、温度较高、相对湿度较低的天气有利于臭氧生成。     

大气探测激光雷达技术综述

大气探测激光雷达具有可提供高时空分辨率、高探测精度和连续廓线数据的优势,已经成为大气探测强有力的工具。按照激光雷达探测技术分类,有米散射激光雷达、偏振激光雷达、拉曼激光雷达、差分吸收激光雷达、高光谱分辨率激光雷达、瑞利散射激光雷达、共振荧光激光雷达和多普勒激光雷达等,分别介绍了各类激光雷达探测的基本原理、发展历史及优缺点,以及其在探测大气气溶胶和云、水汽、温度、风、痕量气体、温室气体和污染气体等方面的应用。最后进行总结,并对激光雷达技术发展趋势进行了展望。