激光雷达径向风速数据的小波分析降噪研究

非相干多普勒激光雷达能够通过大气后向散射信号反演径向风速。然而激光雷达测量的后向散射信号包含的各种噪声和干扰信号会严重影响反演精度。我们采用离散小波变换,应用双正交小波和随距离变化的阈值设定方法,对非相干多普勒激光雷达的径向风速数据进行了降噪处理,以提高风速反演精度。通过分析均方差以及相关系数,并与现场数据比对,显示该方法能够显著降低激光雷达风速测量误差。     

利用可移式多普勒激光雷达测量大气风场

小型可移动式（车载）非相干多普勒测风激光雷达,用于大气边界层和对流层中下层大气风场、湍流及气溶胶的监测与预报研究,并且满足气象业务化应用的要求。可以对晴空三维风场进行高时空分辨率的测量。探测参数包括径向风速和散射强度（气溶胶浓度）,并能为用户提供多种标准数据产品。     

基于镜频抑制零差探测的全光纤测风激光雷达系统

相干多普勒测风激光雷达多采用外差技术来获得大气风场在雷达径向方向上的速度大小和正负.本文基于镜频抑制技术,使用全光纤90°相位控制器研制了连续相干多普勒测风激光雷达系统.该系统通过对本振光或接收信号进行相位控制,得到正交的IQ信号,采用镜频抑制技术,探测得到径向风速的大小和正负,相对于使用外差技术的相干多普勒激光雷达系统,该系统具有信噪比更高、雷达存储能力更强、在相同的ADC采样速率下测速范围更大等特点.文中最后通过与风速计的大量对比试验,进一步对连续相干多普勒测风激光雷达系统的数据的可信性进行了验证.实验结果表明,该系统测得的风向正负与风速计完全一致,风速大小的偏差为-0.03 m/s,标准差为0.63 m/s,具有较高的探测精度.      

平流层飞艇机载风速测量方法

 风场数据是平流层飞艇实现长时驻空和飞行控制的重要参数。针对平流层空气稀薄、传统机载压力式测风速方法测量精度低等问题,提出一种利用激光雷达直接探测技术的平流层飞艇机载风速测量方法。设计了基于直接探测原理的多普勒激光雷达测风速系统,构建了分别以FPI（Fabry-Perot干涉仪）和MZI（Mach-Zehnder干涉仪）为鉴频器的条纹成像技术的风速反演数学模型,并进行了数值仿真分析。结果显示,在355 nm波长出射激光和20 m/s径向风速条件下,FPI-条纹成像技术与MZI-条纹成像技术的径向风速测量误差分别为11.0%和6.5%,测量分辨率分别为1.90 m/s和1.62 m/s,表明该方法能够满足平流层飞艇机载风速测量要求。     

北京地区大气气溶胶的激光雷达观测及反演算法研究

利用微脉冲激光雷达在北京地区的观测, 研究两种避开利用高空信号的反演算法。算法一,根据Fernald的反演算法把边界取在混合层中间某处, 并结合太阳光度计的观测进行反演。通过激光雷达与同一地点自动气象站的地面观测比较验证了反演结果, 表明该方案用于激光雷达的气溶胶消光系数反演是可行的。算法二,由于激光雷达近端处的信号和地面气溶胶消光系数线性相关, 从而利用地面气溶胶观测数据反演雷达常数和观测期间气溶胶平均后向散射比, 结果与第一种方案一致, 表明利用该方法反演是可行的。最后利用这次激光雷达的观测, 分析北京地区冬季一次西伯利亚高压过境时的气溶胶演变过程, 将激光雷达观测与南郊观测站地面观测进行比较, 并验证了激光雷达的反演结果和算法的可靠性。     

北京地区大气气溶胶的激光雷达观测及反演算法研究

利用微脉冲激光雷达在北京地区的观测,研究两种避开利用高空信号的反演算法。算法一,根据Fernald的反演算法把边界取在混合层中间某处,并结合太阳光度计的观测进行反演。通过激光雷达与同一地点自动气象站的地面观测比较验证了反演结果,表明该方案用于激光雷达的气溶胶消光系数反演是可行的。算法二,由于激光雷达近端处的信号和地面气溶胶消光系数线性相关,从而利用地面气溶胶观测数据反演雷达常数和观测期间气溶胶平均后向散射比,结果与第一种方案一致,表明利用该方法反演是可行的。最后利用这次激光雷达的观测,分析北京地区冬季一次西伯利亚高压过境时的气溶胶演变过程,将激光雷达观测与南郊观测站地面观测进行比较,并验证了激光雷达的反演结果和算法的可靠性。     

岸基多星多参数北斗GEO反射信号海面风速反演

开展北斗GEO卫星B3I信号岸基近岸海域海面风速反演研究.在GNSS反射信号相干时间和归一化时延波形面积两个观测量的基础上,本文提出了主成分分析和线性无偏最小方差的多星多参数海面风速反演方法.为了验证北斗GEO卫星B3I信号反演海面风速以及所提方法的有效性,在山东东营青东五验潮站开展了外场试验.试验结果表明反射信号的相干时间能够提供比波形面积更好的反演性能;多星多参数的反演结果比单星单参数的更好;线性无偏最小方差能够提供精度为1.15 m/s的最佳反演结果.      

侧向散射激光雷达数据预处理软件设计与实现

侧向散射激光雷达在近距离段的探测精度很高,是对后向散射激光雷达很好的补充。侧向散射激光雷达作为一种新技术,其记录的数据是图像信号,需要进行预处理并提取出有用的散射光强信号,以便进行后续的研究。根据侧向散射激光雷达数据的特点与预处理的需要,基于VC++及OpenCV,设计了预处理软件。该软件操作简单,使用方便,运行稳定可靠,可扩展性较强。     

多光束测风激光雷达技术分析和比较

 多光束测风激光雷达是在假设探测的时间内气溶胶团的结构不发生变化的条件下,利用接收到的多光束气溶胶后向散射信号的强度,通过不同计算方法得到水平风速。这种系统具有设备简单、对硬件要求不高等优点。本文分析并比较了基于多光束雷达信号之间的相关性的多光束测风激光雷达和基于两个多波束激光雷达信号的傅里叶变换的比值的多光束测风激光雷达两种技术,后者具有可快速计算水平风速的优点。     

碘分子滤波器温度对风速测量精度的影响

通过理论模拟碘分子的吸收曲线。模拟出不同回向散射比Rb(r)的大气回波信号和碘分子滤波器透过率函数R(r,ν)卷积的光谱曲线;该曲线与碘分子滤波器的温度有关。模拟碘分子滤波器的温度变化,在同时测量气溶胶和大气分子散射的情况下,获得测量误差随碘分子滤波器温度变化的曲线。最后,设置适当的碘分子滤波器温度,采用青岛海洋大学遥感研究所研制的非相干多普勒激光测风雷达系统测量回向散射比Rb(r)和回向散射信号频移的距离剖面,反演出风速和探空气球的测风数据比较。测量风速的标准偏差为0.985 m/s。     

激光雷达回波信号及处理方法分析

本论文针对大气探测激光雷达的数字信号处理,进行了研究。通过分析大气探测激光雷达回波信号,回波信号中的噪声主要包括背景噪声、电噪声以及大气扰动噪声等,并对部分噪声的抑制提出了降噪方案。通过距离校正,得到探测距离。使用MTI法去除物理杂波噪声。设计滤波器,选取合适的截止频率,消除由接收系统各环节电子器件引起的高频电噪声。     

机载海洋激光雷达的试验和模拟研究

通过对机载激光水下目标探测试验数据的分析和处理，并辅之以必要的蒙特卡罗模拟实验，就有效衰减系数、大气、风速、海水分层、目标倾斜等因素对雷达系统性能的影响进行了研究，总结出适合工程设计使用的近似估算公式和曲线，阐述了试验中出现的异常现象，并给出了合理的解释，还提出了一些需要进一步深入研究的关键问题．     

行星际磁场扰动下极区热层中性风对夜侧离子拖曳的响应

离子拖曳可以对极区的高层大气中性风场产生强烈影响。行星际磁场(interplanetary magnetic field,IMF)扰动期间,通过全天空法布里-帕罗干涉仪(all-sky Fabry-Perot interferometer,all-sky FPI)的观测数据,分析了2012年1月21日21:21UT~2012年1月22日00:11 UT期间北极黄河站(78.92°N,11.93°E)上空630.0 nm氧原子辐射高度的中性风视线风场。行星际扰动数据与同时期离子风数据的对比分析表明,行星际磁场扰动使得Super DARN监测到的F层夜侧离子运动加速,高速运动的离子与中性风发生耦合,离子以传送动力给中性大气并向其运动方向拖曳的方式改变中性风的风场形态。     

小型米散射激光雷达系统设计

为了探测对流层内大气气溶胶和卷云的光学特性以及大气水平能见度等,在阐述了大气气溶胶探测原理及信号处理方法的基础上,利用二极管激光泵浦的Nd:YAG固体激光器的二倍频波长(532 nm)激光为光源,设计了一台小型微脉冲米散射激光雷达,并利用标准大气模型对系统进行了仿真计算。仿真结果表明,在探测误差小于10%条件下,系统在白天和夜晚的探测高度分别为6 km和13 km。该系统还具有对人眼安全、能全方位扫描探测等特点,可应用于城市及特定场合(如厂区,大型公共场所)的大气环境监测,也可用于沙尘暴探测及其预警预报技术的研究。     

Studying the stability of the middle atmosphere (30―60km) over Wuhan by Rayleigh lidar

The stability of the middle atmosphere ranging from 30 km to 60 km over Wuhan is elementarily studied, according to the observational data obtained in about one year through the WIPM Rayleigh lidar. The stability parameter (buoyancy frequency squared), which was obtained through the temperature field, shows that the middle atmosphere over Wuhan is stable all the year round, but the sta- bility appears variable because the stability of sum- mer and winter is lower, and that of spring and au- tumn is higher.     

Studying the stability of the middle atmosphere (30―60 km) over Wuhan by Rayleigh lidar

The stability of the middle atmosphere ranging from 30 km to 60 km over Wuhan is elementarily studied, according to the observational data obtained in about one year through the WlPM Rayleigh lidar. The stability parameter （buoyancy frequency squared）, which was obtained through the temperature field, shows that the middle atmosphere over Wuhan is stable all the year round, but the stability appears variable because the stability of summer and winter is lower, and that of spring and autumn is higher.     

海洋激光雷达信号噪声的相关维和李氏指数

以机载海洋激光雷达试验数据为依据，证明了海洋激光雷达系统的相关维是一个分数，而且至少有一个正的李雅鲁诺夫指数，进一步揭示了其噪声内在的混沌特性．此项研究有可能为提高海洋激光雷达系统的检测性能提供了一条新的途径．     

基于MM5的轮毂高度风场数据获取方法

 从MM5模式垂直坐标定义出发,将大气静力学方程应用于整个大气,并在相邻层之间进行等温大气假设,进行求解层的高度,从而可由MM5的模拟结果中得到不同轮毂高度风场数据。对比验证表明该方法可靠,为从MM5结果获取轮毂高度的风场数据提供了另一种简便而准确计算的方法。     

用于激光雷达回波平滑的半步长插值迭代法

由于大气扰动和探测器件噪声的影响,大气探测激光雷达回波信号中搀杂了大量的随机噪声,因此需要对直接探测信号进行平滑处理.作者提出一种基于插值的半步长迭代平滑方法.利用半步长插值对数据进行重构,重复这个过程直至原数据列与新数据列相似度达一定标准为止,由此迭代过程生成的新数据列即为平滑结果.实验结果表明,该算法可以有效地提高信号平滑度并且自适应地保留重要的信号波动.