拉曼氣溶膠激光雷達

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

激光雷達的結構、分類以及不同種類激光雷達的工作原理。跟蹤激光雷達新發(fā)展和應用,根據(jù)探測物質的不同,分別討論了激光雷達在探測氣溶膠、云、邊界層、溫度、能見度、風、大氣成分、水汽和鈉層方面的應用,綜述了目前國內外氣象探測的半導體激光雷達、微脈沖激光雷達、一般彈性散射激光雷達、多普1勒激光雷達、差分吸收激光雷達和Raman激光雷達的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢,認為激光雷達將向多波長、多探測功能、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法研究了激光雷達比設定值與激光雷達有效探測范圍內氣溶膠光學厚度之間的函數(shù)關系。針對函數(shù)的連續(xù)性,提出了以光學厚度為收斂判據(jù),采用二分法反演低層氣溶膠激光雷達比的新方法。2014年7月下旬,利用太陽光度計和西安理工大學自主研發(fā)的拉曼-米氏激光雷達對西安局部地區(qū)大氣進行了實驗觀測,并利用所提出的方法進行了數(shù)據(jù)反演。實驗結果表明,西安局部地區(qū)氣溶膠激光雷達比在觀測期間比較平穩(wěn),基本為44或45。降雨當天,受大氣濕度影響,激光雷達比值較大為51。利用激光雷達米氏散射回波信號和太陽光度計探測數(shù)據(jù),提出了采用迭代反演算法開展氣溶膠激光雷達比精細反演新方法,對研究氣溶膠光學特性的精細反演算法具有重要的意義。

激光雷達是工作在光頻波段的雷達。與微波雷達的原理相似，它利用光頻波段的電磁波先向目標發(fā)射探測信號，然后將其接收到的同波信號與發(fā)射信號相比較，從而獲得目標的位置(距離、方位和高度)、運動狀態(tài)(速度、姿態(tài))等信息，實現(xiàn)對目標的探測、跟蹤和識別。

激光雷達由發(fā)射，接收和后置信號處理三部分和使此三部分協(xié)調工作的機構組成。激光光速發(fā)散角小，能量集中，探測靈敏度和分辨率高。多普1勒頻移大，可以探測從低速到高速的目標。天線和系統(tǒng)的尺寸可以作得很小。利用不同分子對特定波長得激光吸收、散射或熒光特性，可以探測不同的物質成分，這是激光雷達獨有的特性。