拉曼氣溶膠激光雷達(dá)

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氣溶膠激光雷達(dá)系統(tǒng)采用世界的激光雷達(dá)制造工藝，利用不同波段激光信號(hào)探測(cè)大氣氣溶膠、水汽等垂直闊線，可以實(shí)時(shí)探測(cè)能見度和云底高度等，結(jié)合3D掃描技術(shù)，可以探測(cè)污染物的濃度分布及來源。探測(cè)包括氣溶膠、能見度、水汽、火山灰、煙霧、污染來源、云底高度、邊界層高度、光學(xué)厚度、消光系數(shù)、后向散射系數(shù)、色比等。

激光雷達(dá)的結(jié)構(gòu)、分類以及不同種類激光雷達(dá)的工作原理。跟蹤激光雷達(dá)新發(fā)展和應(yīng)用,根據(jù)探測(cè)物質(zhì)的不同,分別討論了激光雷達(dá)在探測(cè)氣溶膠、云、邊界層、溫度、能見度、風(fēng)、大氣成分、水汽和鈉層方面的應(yīng)用,綜述了目前國內(nèi)外氣象探測(cè)的半導(dǎo)體激光雷達(dá)、微脈沖激光雷達(dá)、一般彈性散射激光雷達(dá)、多普1勒激光雷達(dá)、差分吸收激光雷達(dá)和Raman激光雷達(dá)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì),認(rèn)為激光雷達(dá)將向多波長(zhǎng)、多探測(cè)功能、商業(yè)化、區(qū)域化及全球化方向發(fā)展,它在氣象與環(huán)境監(jiān)測(cè)中正在發(fā)揮越來越重要的作用。

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基于Fernald法研究了激光雷達(dá)比設(shè)定值與激光雷達(dá)有效探測(cè)范圍內(nèi)氣溶膠光學(xué)厚度之間的函數(shù)關(guān)系。針對(duì)函數(shù)的連續(xù)性,提出了以光學(xué)厚度為收斂判據(jù),采用二分法反演低層氣溶膠激光雷達(dá)比的新方法。2014年7月下旬,利用太陽光度計(jì)和西安理工大學(xué)自主研發(fā)的拉曼-米氏激光雷達(dá)對(duì)西安局部地區(qū)大氣進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)觀測(cè),并利用所提出的方法進(jìn)行了數(shù)據(jù)反演。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,西安局部地區(qū)氣溶膠激光雷達(dá)比在觀測(cè)期間比較平穩(wěn),基本為44或45。降雨當(dāng)天,受大氣濕度影響,激光雷達(dá)比值較大為51。利用激光雷達(dá)米氏散射回波信號(hào)和太陽光度計(jì)探測(cè)數(shù)據(jù),提出了采用迭代反演算法開展氣溶膠激光雷達(dá)比精細(xì)反演新方法,對(duì)研究氣溶膠光學(xué)特性的精細(xì)反演算法具有重要的意義。

激光雷達(dá)是工作在光頻波段的雷達(dá)。與微波雷達(dá)的原理相似，它利用光頻波段的電磁波先向目標(biāo)發(fā)射探測(cè)信號(hào)，然后將其接收到的同波信號(hào)與發(fā)射信號(hào)相比較，從而獲得目標(biāo)的位置(距離、方位和高度)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(速度、姿態(tài))等信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的探測(cè)、跟蹤和識(shí)別。

激光雷達(dá)由發(fā)射，接收和后置信號(hào)處理三部分和使此三部分協(xié)調(diào)工作的機(jī)構(gòu)組成。激光光速發(fā)散角小，能量集中，探測(cè)靈敏度和分辨率高。多普1勒頻移大，可以探測(cè)從低速到高速的目標(biāo)。天線和系統(tǒng)的尺寸可以作得很小。利用不同分子對(duì)特定波長(zhǎng)得激光吸收、散射或熒光特性，可以探測(cè)不同的物質(zhì)成分，這是激光雷達(dá)獨(dú)有的特性。