孙兆滨[1]2006年在《LD泵浦微脉冲激光器的研制及能见度实验测量与分析》文中提出激光二极管泵浦的固体激光器(DPSSL)具有光束质量好、总体效率高、寿命长、全固化、结构简单紧凑、体积小、质量轻等优点,在军事、医学、信息、工业、科研等领域得到了广泛的应用。LD端面泵浦相对于侧面泵浦具有模式匹配好、激光阈值低、效率高等优点。LD泵浦的腔内倍频调Q绿光激光器可作为目前大气激光雷达探测的发射光源。本文第一章首先论述了LD泵浦固体激光器的发展过程以及其主要特征,并简单陈述了其主要的应用领域。第二章主要讨论了LD端面泵浦以Nd:YAG为激光介质、Cr4+:YAG作为调Q晶体、KTP腔内倍频绿光激光器的研制情况。本章第一部分首先陈述了Nd:YAG晶体的特性,并讨论了常见的不同的谐振腔特征以及影响LD泵浦固体激光器的主要因素热透镜效应。本章第二部分首先讨论了KTP晶体特性以及其作为倍频晶体时的相位匹配特性,然后论述了腔内倍频理论。本章第叁部分首先讨论了Cr4+:YAG的晶体特性以及其作为被动调Q晶体时的特性,并讨论了按布儒斯特角摆放时作为调Q晶体和布儒斯特片时的Cr4+:YAG特征。本章第四部分给出了自行研制的DPSSL(Diode-pumped Solid-state Laser)的实验结果。本文第叁章主要讨论了环形光发射同轴微脉冲激光雷达设计方案,并重点讨论了环形光发生器实现高斯光束到环形光的转换原理。本文第四章主要论述了微脉冲激光雷达在能见度测量中的应用,并给出了同能见度仪对比实验测量的结果
郭金家[2]2004年在《能见度微脉冲激光雷达研制及实验测量》文中研究指明本论文主要讨论了眼睛安全、可移动式微脉冲激光雷达的总体设计，并且给出了该系统的测量结果。该激光雷达系统采用非共轴设计，通过分析各种激光器以及晶体的优缺点，并且计算了不同波长在大气中的后向散射信号，我们采用半导体泵浦固体激光器，该激光器有着高的重复频率(2KHz)，微焦耳量级的单脉冲能量，Nd：YAG晶体倍频532nm波长；接收系统采用口径200mm的Schmidt-Cassegrain望远镜，光电倍增管采用光子计数探测方式，通过采用光子计数，大大提高了探测距离，在晴朗天气通过10，000次脉冲累计可以很容易探测到5km以外。整个系统体积小、方便移动，适于车载野外测量。 根据实际系统的参数本文对微脉冲激光雷达探测的大气后向散射回波信号进行了数值模拟计算，计算结果得到了实验的验证。并就激光脉冲能量、发射的激光脉冲数、滤光片半宽度以及接收视场等系统参数对微脉冲激光雷达探测回波信号信噪比的影响进行了较为详细的分析和讨论。 本系统的主要目的就是用于机场能见度的测量。因此详细讨论了利用激光雷达反演能见度的各种算法，并分析了各种算法的适用范围以及优缺点。同时给出了本系统的能见度测量结果及大气气溶胶定性探测结果。
孙兆滨, 郭金家, 刘智深, 马森, 刘振[3]2007年在《微脉冲激光雷达测量大气水平能见度》文中指出为了改进乃至革新大气能见度的探测技术,探索新型、快速、准确测量大气能见度的方法,采用自行研制的能见度微脉冲激光雷达,进行了水平大气能见度测量实验,并同已经商品化的能见度仪NQ-1进行了同步对比测量。实验结果表明,在水平能见度较差时,微脉冲激光雷达和能见度仪具有很高的相关性,相关系数达到了0.88;在水平能见度较好的时候,相关系数保持在0.73以上。说明能见度微脉冲激光雷达系统可以应用于大气能见度的探测。
梁郁[4]2009年在《小型能见度激光雷达系统设计和反演算法研究》文中指出能见度反映大气的光学状态并预示天气变化,它不仅是气象观测的重要项目,在海陆空交通和军事领域也都起重要作用。激光雷达因其波长短、高时空分辨率和高探测灵敏度等优势,成为探测大气能见度的新型工具。本文旨在利用自行研制的小型激光雷达实现能见度的准确探测。首先基于米散射原理对该系统基本结构进行设计。详细讨论了重要器件的选择和参数设定、系统装校和接收信号的校准过程,重点反演了本系统的重迭因子。然后详细分析了激光束发散角和滤光片效率等关键参数,及系统内外部噪声对回波信号的影响。由于激光雷达测量能见度的关键是消光系数的准确求解,所以本文主要对大气消光系数的反演算法和精度的提高做了详细的研究。为了实现本系统的实时准确探测,基于Klett算法通过分析回波信号差分特征并结合信噪比,提出一种新的消光系数边界值σ( rm)和全程水平消光系数的自动求解算法,与传统算法和迭代扩展自动算法的仿真结果比较中说明此改进算法具有较好的反演结果。对远场区域反演误差较大的情况,通过对远场回波信号进行最小二乘拟合再反演的改进方法实现了对噪声的有效抑制。针对大气多次散射导致消光系数难以测准的问题,通过大气建模,确定状态向量、量测向量和相应噪声阵,将扩展卡尔曼滤波应用于消光系数反演中。通过与Klett算法的仿真结果对比,证明该方法能有效提高探测精度。对于斜程能见度的探测,采用Fernald方法进行相应的数据处理。最后,实现了部分改进算法的软件设计,并给出了本系统的水平和斜程能见度探测结果以及相应的外场实验结果,验证了本小型激光雷达系统设计的合理性以及反演方法的仿真结论。
吕立慧, 刘文清, 张天舒, 陆亦怀, 董云升[5]2014年在《新型微脉冲激光雷达测量大气水平能见度》文中认为重点设计了微脉冲激光雷达(MPL)系统的后继光学单元,是一种新型的设计。使用收发一体Y型光纤束改变传统的激光雷达后继光学结构,实现系统的收发同轴设计。分析了新型微脉冲激光雷达在合肥地区实验观测结果,利用分段斜率法反演气溶胶水平消光系数,获得了大气能见度及变化特征,具有明显的日变化特征,并与HW-N1型前向散射式能见度仪测量结果进行了对比,二者相关系数达到0.81。此外,理论误差分析结果也表明当能见度在10km以下时MPL的测量误差小于20%。说明了该MPL系统能够实现对大气水平能见度的有效测量。
孙海波[6]2017年在《气溶胶光学特性与后向散射消光对数比的相关性研究》文中研究表明本文使用中国气象局南京综合观测基地的瑞利-拉曼-米散射激光雷达(RRML)和微脉冲激光雷达(MMPL)对南京北郊上空气溶胶进行观测,介绍了两部雷达与太阳光度计的仪器参数以及探测原理,对两部雷达获得的回波数据进行相关的订正处理。重点讨论了激光雷达方程求解时的常用参数—气溶胶后向散射消光对数比(简称k值)的确定。推导了气溶胶后向散射消光对数比与波长指数、探测波长及气溶胶消光系数之间的关系式,提出一种确定k值的新方法,然后对不同天气条件下k的取值进行了初步的研究,并引入能见度因子估算气溶胶消光系数的实际情况对该方法进行验证。同时通过对大气气溶胶特性的反演,分析讨论了不同天气条件下气溶胶后向散射消光对数比对低空大气激光雷达回波信号反演的影响,分析发现:在雾霾天气下,k值对气溶胶消光系数反演结果影响较大;在空气质量良好的天气下,k值不同对消光系数反演结果影响不明显。空气状况良好时,仅在k值取1.0时气溶胶消光系数更接近能见度估算的结果。在雾霾天气下,由该方法计算的k值范围在0.7-0.9范围内所得到气溶胶消光系数反演结果与能见度估算值的相对误差达到最小。说明在雾霾天气下该方法计算k值具有一定的可靠性。同时通过分析南京地区激光雷达观测资料与相对湿度的探空资料,研究了晴好和雾霾两种天气下相对湿度对气溶胶消光特性的影响。两种天气条件下的气溶胶消光系数随相对湿度的增加而增大,晴好天气下的消光系数增加趋势更为明显,呈线性增长;雾霾天气下消光系数随相对湿度呈指数增长。两种天气条件下消光系数在相对湿度大于80%时其增长趋势显着。
徐赤东, 纪玉峰[7]2007年在《微脉冲激光雷达在大气测量中的应用》文中指出在阐述微脉冲激光雷达基本思想、雷达原理的基础上,简单介绍了MPL-A1激光雷达的结构和参数。详细的分析了微脉冲激光雷达在大气测量中的应用:不同的测量方式获得不同的大气参数;针对单个气溶胶廓线分布、廓线变化、时空演变等提供详实的实测数据并分析。
陈亚峰[8]2018年在《车载二氧化硫差分吸收激光雷达系统研制及实验研究》文中指出大气中的二氧化硫浓度是衡量大气污染的重要指标之一,对其进行高精度高时空分辨率的探测十分必要,激光雷达技术的发展为污染气体的探测提供了有效的手段。在中国科学院大气物理研究所吕达仁院士领导的APSOS(Atmospheric Profiling Synthetic Observation System,多波段多大气成分主被动综合探测系统)的支持下,研制了车载二氧化硫差分吸收激光雷达系统。利用该雷达系统获得了近地面(0.3-3.Okm)的二氧化硫的分布,探测结果与地面气象部门的测量仪器具有可比性,积分时间为30分钟,空间分辨率为15米时,探测精度可达±2ppb。本文可以分为叁个部分,主要研究内容如下:(1)第一部分是文献综述部分,主要包括第1～2章。以博士课题为主线,阅读了大量国内外相关文献。首先概述了大气中二氧化硫的理化性质、危害以及来源分布,介绍了常见的检测二氧化硫气体浓度的方法,说明开展此课题的必要性。其次,介绍了激光大气探测的物理基础和常见的激光雷达类型、应用以及发展动态。以上工作为车载二氧化硫差分吸收激光雷达系统研制做了基础知识铺垫。(2)第二部分是介绍车载二氧化硫差分吸收激光雷达系统的详细研制工作,主要包括第3～7章,此部分也是本人在博士期间所做工作的主要部分。首先介绍该系统的理论基础,然后结合激光雷达相关知识,对该系统进行了整体设计。其次详细介绍了该车载激光雷达系统的各个分系统:利用两台高能量固体激光器来泵浦窄线宽的染料激光器,通过BBO倍频晶体来获得强吸收波长λon=300.05nm和弱吸收波长λoff=301.50nm。两束激光经过偏振合束棱镜的合束以及以及12倍扩束镜的扩束,与望远镜同轴准直发射到大气中。后向散射回波信号被350mm的近牛顿式望远镜接收,然后通过传导光纤进入后继光路,经过后继光路衰减、滤光后,最终用来反演二氧化硫分布廓线。最后又详细介绍了用于承载整个雷达系统的车载方舱,并对其振动模态和稳定性进行了分析。(3)第叁部分为该激光雷达系统数据处理及分析结果,主要包括第8～9章。车载二氧化硫差分吸收激光雷达系统的研制工作结束后,进行了大量的外场试验,并得到大量有效数据,对实验结果和整个系统的稳定性进行了分析。第8章主要介绍了激光雷达系统抗干扰方案、原始数据的处理和反演方法、初步探测结果及误差分析。第9章首先给出了一些典型探测结果,例如白天探测结果、典型污染源的探测与锁定;基于前期探测数据还分析了系统的稳定性、积分时间和探测精度;随后给出了叁波长双差分吸收激光雷达的初步探测结果以及西藏羊八井地区的探测数据。
王遨游, 陶宇亮, 李旭, 王春辉, 彭欢[9]2017年在《高重频光子计数激光雷达样机设计及测距试验》文中研究指明为了验证星载激光叁维成像雷达技术,设计研制了一种基于高重频光子计数体制的分视场、无扫描的多通道激光雷达地面原理样机。系统采用两路高重频、微脉冲激光器输出,结合大光斑多元细分阵列光子探测方式实现多通道探测,并采取基于FPGA的时间相关符合计数信号处理技术,对单光子响应时刻进行时间间隔测量和时间相关统计,根据目标响应发生时机一致性和噪声响应的随机性提取目标距离信息。在外场试验中对水平距离大于10 km的楼宇目标进行了有效地测量,单通道的距离测量精度优于0.3 m,探测概率超过99%,并对比不同大气能见度下对测距的影响。该系统验证了星载激光雷达大光斑多元细分、光纤拼接焦面接收方案的可能性,并验证光子计数体制激光雷达测距精度及适应性。
庄雯雯, 贺千山, 王军, 陈勇航, 冯帆[10]2015年在《基于地面微脉冲激光雷达的上海冬季霾强度及高度分析》文中研究指明利用2009—2013年冬季地面气象观测数据筛选出非霾和不同强度霾的影响时次,采用能见度与消光系数的定量关系和冬季波长系数对微霾冲激光雷达反演修正得到的气溶胶消光系数,分析了上海地区气溶胶在垂直高度上的集中范围,当地面出现轻微霾、轻度霾、中度霾、重度霾时气溶胶分别主要集中于近地面0.81、0.49、0.41、0.40 km以下,非霾时气溶胶主要集中在近地面1.35 km以下;在此基础上,根据判别不同强度霾的能见度标准和能见度与消光系数的定量关系,将能见度换算为消光系数,再对微脉冲激光雷达反演消光系数进行修正,从而判断高空霾的强度及所处的高度;另外还探讨了云对产生重度霾的影响、降水与中度霾和重度霾的关系以及颗粒物质量浓度与不同强度霾的关系,发现48.53%的重度霾是受云影响而产生的,37.11%中度霾发生前后伴有降水现象,51.14%的重度霾发生前后伴有降水现象,非霾、轻微霾,轻度霾、中度霾、重度霾期间的颗粒物浓度和细颗粒物占的比例依次增大.
参考文献：
[1]. LD泵浦微脉冲激光器的研制及能见度实验测量与分析[D]. 孙兆滨. 中国海洋大学. 2006
[2]. 能见度微脉冲激光雷达研制及实验测量[D]. 郭金家. 中国海洋大学. 2004
[3]. 微脉冲激光雷达测量大气水平能见度[J]. 孙兆滨, 郭金家, 刘智深, 马森, 刘振. 激光技术. 2007
[4]. 小型能见度激光雷达系统设计和反演算法研究[D]. 梁郁. 中国民航大学. 2009
[5]. 新型微脉冲激光雷达测量大气水平能见度[J]. 吕立慧, 刘文清, 张天舒, 陆亦怀, 董云升. 中国激光. 2014
[6]. 气溶胶光学特性与后向散射消光对数比的相关性研究[D]. 孙海波. 南京信息工程大学. 2017
[7]. 微脉冲激光雷达在大气测量中的应用[C]. 徐赤东, 纪玉峰. 中国气象学会2007年年会大气成分观测、研究与预报分会场论文集. 2007
[8]. 车载二氧化硫差分吸收激光雷达系统研制及实验研究[D]. 陈亚峰. 中国科学技术大学. 2018
[9]. 高重频光子计数激光雷达样机设计及测距试验[J]. 王遨游, 陶宇亮, 李旭, 王春辉, 彭欢. 激光与红外. 2017
[10]. 基于地面微脉冲激光雷达的上海冬季霾强度及高度分析[J]. 庄雯雯, 贺千山, 王军, 陈勇航, 冯帆. 环境科学学报. 2015
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