利用探空秒数据估算北京地区日最大混合层高度

研究利用北京地区L波段探空秒数据和地面日最大位温, 采用气块法反演北京地区日最大混合层高度(MMH)的可行性。将08时探空秒数据以及常规探空数据反演结果分别与对应的微脉冲激光雷达反演结果相比较, 发现前者与激光雷达反演结果的一致性好于后者, 常规探空数据垂直空间分辨率低可能是导致其反演结果误差较大的原因。分别用春夏秋冬的探空秒数据反演结果与激光雷达反演结果相比较, 发现春夏秋反演结果的一致性较好, 而冬季较差。利用08时探空秒数据结合地面日最大位温, 采用气块法反演北京地区2010—2017年的MMH, 发现MMH 每年均表现出春夏秋冬逐次递减的分布特征。通过对长期资料的统计分析发现, 北京地区日地面最高气温与850 hPa温度差定义的热力稳定度与MMH之间存在较强的正相关性。     

基于PCA和相位差校正法的风切变预警算法

为了提高相干激光雷达风切变预警算法的预警率，提出一种基于主成分分析（principal component analysis，PCA）和相位差校正法的风切变预警算法。首先，利用PCA对雷达回波信号进行低阶主成分向量提取以实现信号重构，提高信噪比。其次，采用基于快速傅里叶变换的相位差校正法对回波信号峰值频率进行校正，降低回波信号能量泄露。然后，分别利用旋转电机实验数据和小型飞机实验数据对所提算法进行性能评估。结果表明，采用所提算法估计相干激光雷达回波信号峰值频率的平均绝对误差为0.26 MHz，对实际低空风切变的预警率为92.31%。所提算法可以有效降低相干激光雷达回波信号频率估计误差，实现低空风切变预警。     

面向环形管道的电力巡检机器人设计与环境建图

在大型水电站中,离相封闭母线（isolated phase enclosed bus, IPB）只能通过预防性试验对设备状态进行检查,难以目视外观检查。为解决这种密闭狭小空间的环形管道的巡检困难问题,提出了一种可在水平、竖直段上行走的轮式攀爬机器人。首先,对攀爬机器人移动和附着方式进行对比分析,根据实际工况,选用轮式推力附着方式并基于该方式对机器人整体结构进行力学分析;通过搭建的模拟IPB管道内的运动实验,结果验证了巡检机器人满足水电站内IPB管道的检修需求且具有良好的适应性;设计基于柱坐标的点云配准方法,解决了管道内无法正确建图的问题,且计算时间优于激光雷达里程计建图 (lidar odometry and mapping, LOAM)及迭代最近点 (iterative closest point, ICP)算法,拓展了激光雷达点云建图的应用范围。     

拉曼雷达测量大气二氧化碳浓度回波信号误差分析

拉曼雷达探测二氧化碳的后向散射回波信号十分微弱,有效分析信号的误差非常重要. 从理论上分析了拉曼激光雷达探测二氧化碳气体的回波信号误差的计算方法,推导计算了二氧化碳浓度信号的混合比,得到了影响信号误差的3种因素,并对各因素进行了理论计算,从实验上对信号误差进行了数据验证. 将理论值与实验数据进行对比,确定信号采集过程中造成的数据误差小于10%,并随距离的增加而增加;大气透过率相对函数的误差约为2%;标定常数的误差小于5%.      

基于OPAC的典型环境中气溶胶组分的光学特性分析

利用基于Mie散射理论的云和气溶胶粒子的光学特性软件(OPAC)在不同激光雷达探测波段对一般大陆(典型气溶胶组分:水溶性、不溶性和烟尘气溶胶)、沙漠(典型气溶胶组分:水溶性、核模态矿物、积聚模态矿物和粗模态矿物气溶胶)和洁净海洋(典型气溶胶组分:水溶性、积聚模态海盐和粗模态海盐)3种环境下的气溶胶光学参数(散射系数、光学厚度和激光雷达比)进行了仿真研究,分析了各环境中光学参数随气溶胶组分数浓度的变化规律以及各组分对光学特性的影响.结果表明消光系数和光学厚度在不同激光波段、不同环境下均随组分数浓度线性递增,在上述环境中对消光系数和光学厚度影响最大的组分依次为水溶性气溶胶、积聚模态矿物气溶胶和积聚模态海盐气溶胶.激光雷达比变化规律十分复杂,受探测波长及气溶胶组分的双重影响,一般大陆环境中非水溶性气溶胶在2个波段上的影响占主导地位;沙漠环境中,不同波段上积聚模态矿物气溶胶对激光雷达比的影响最大;洁净海洋环境中,积聚模态海盐气溶胶对激光雷达比的影响最强.     

基于地面激光雷达点云的树木冠层变化定量分析

采用切片形式的Alpha Shape 3D法估算树木冠层体积,从不同相对位置分析体素空间分布状态的变化.基于网格模型提取变化点云,研究冠层组分的空间变化,以受台风玛利亚破坏树木冠层为例,应用所提出的方法进行定量分析.通过多角度分析可知,该台风对目标树木总体破坏较小,树木冠层垂直方向的中下部受损较大,枝叶受损多集中于距离冠层中心水平方向2.0～2.5 m区间.分析结果表明,该定量分析方法可以反映树木冠层分布及体积变化情况.     

星载激光雷达GEDI数据林下地形反演性能验证

【目的】新一代天基测高系统全球生态系统动力学调查(GEDI)对森林观测及经营具有重要意义,为探究GEDI V2(GEDI第2版)数据反演林下地形的性能,利用机载雷达数据验证林下地形反演精度,并探究反演精度的影响因素。【方法】分别以美国西波拉森林与中国帽儿山森林为研究对象,利用G-liht及帽儿山高精度机载雷达数据验证GEDI V2数据在针叶林及针阔叶混交林下反演地形的性能,并分析不同光束强度、光斑时间、坡度及植被覆盖度对地形反演精度的影响。【结果】美国西波拉针叶林地区地形反演精度均方根误差(RMSE)为2.33 m,平均绝对误差(MAE)为1.48 m;帽儿山针阔叶混交林地区地形反演精度RMSE为4.49 m, MAE为3.33 m。随着坡度、植被覆盖度增大,两种森林类型地形反演精度均降低。【结论】GEDI V2数据反演针叶林林下地形精度要优于针阔叶混交林,强光束优于覆盖光束,湿润地区白天效果更优,干旱地区黑夜效果更优;平缓地区数据使用效果极好,陡峭地区精度降低;中低植被覆盖度区域地形反演精度较高,高植被覆盖区域地形测定性能有所下降。     

基于LabVIEW的固体相干激光雷达多普勒测速的信号处理

建立了固体相干激光雷达对运动目标速度的测量系统.雷达发射源为种子注入Nd∶YAG脉冲激光器,回波通过光纤耦合器与本振合束,利用泰克示波器采集外差信号,使用LabVIEW进行信号处理.利用测量多普勒频移测量运动目标的速度,使用放大镜式的快速傅里叶变换提高频谱的频率分辨率,从而提高了测量速度的精度.     

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.