激光雷达在大气探测中的应用研究进展

激光雷达具有高方向性、相干性、单色性以及体积小等特点,在大气探测、气象监测领域得到了广泛的应用。本文综述了激光雷达在大气探测中的最新研究进展和应用现状,认为激光雷达技术在该领域目前存在的主要问题是易受环境变化的影响,该技术未来将向着高精度、高性能和智能化方向发展。     

大气探测激光雷达的进展研究

激光雷达是以光频工作的雷达,与普通雷达相比,它具有较高的速度及角度分辨率、较高的测量精度以及较强的抗干扰能力。文章综述了激光雷达的分类、发展简史、发展动态及其在大气探测领域的应用,并重点介绍了我国大气探测激光雷达系统的应用及研究成果。     

激光雷达在大气探测中的应用浅析

激光雷达具有波束定向性强、探测波长短、能量密度高等特点,在大气探测中能够发挥空间分辨率高、探测灵敏度高等优点。文章分析了激光雷达大气探测的基本原理,介绍了激光雷达的类型,探讨了激光雷达在大气探测中的具体应用,并提出一些观点以供参考。     

一种探测大气的激光雷达研究

本文主要介绍用于探测大气光学参数的激光雷达基本工作原理及其主要技术指标,并对大气探测激光雷达的探测精度简要分析。与其他测量手段相比,大气探测激光雷达具有测量范围大,空间和时间分辨率高,测量精度高,实时性强等优点。尤其是它能够直接测量可见或红外波长的大气水平能见度和透过率。     

激光雷达对中层顶大气密度起伏的探测

利用钠荧光散射激光雷达对中层顶（７５￣１０５ｋｍ）高度的钠原子层进行探测,以钠原子作为示踪物,通过反演得到了该区域大气密度起伏随高度分布和随时间变化关系。结果表明,中层顶附近大气密度起伏远大于平流层和对流层,在２ｈ内,密度起伏可达５％,３日平均Ｒｉｃｈｏｒｄｓｏｎ数为０．４６。     

激光雷达探测大气参数的可视化反演技术

针对激光雷达探测特点及其探测数据的处理要求,以Visual C 6.0软件为开发平台,利用Kriging方法和颜色映射等数据插补方法,研究精确大气参数的时空变化特性的可视化反演技术.通过对间隔1小时探测得到的24小时激光雷达的测量数据进行可视化反演处理,可直观清晰地观测到24小时内的大气消光系数的变化规律.     

基于分段式探测的高分辨率沙姆成像激光雷达

为提高沙姆成像激光雷达技术远距离大气探测的距离分辨率(如3 km@54 m, 4 km@96 m, 5 km@148 m),提出了一种基于分段式探测的沙姆成像激光雷达探测方法.该方法在雷达系统的接收端采用2套探测装置,通过设置探测装置的系统参数,包括放置的角度、位置等,对探测路径以距离远近程度进行划分,实现分段大气探测.此系统在保证各分段实现高距离分辨率探测的基础上,实现了全距离范围内大气气溶胶的精细探测,从而提高了沙姆成像激光雷达的远端距离分辨率.反演计算结果表明,此系统的距离分辨率提高显著,同距离处分辨率提高近4倍(3 km@13 m, 4 km@24 m, 5 km@38 m).据此可推断利用三段式及更多段式分段探测能够进一步提高远距离处的分辨率.     

全球卫星大气成分遥感探测应用进展及其展望

 随着全球变化的加剧,科学家和各国政府对大气环境日益关注,尤其是大气中的化学成分,不仅影响区域的空气质量,而且对全球气候变化产生不可估量的影响。卫星遥感探测大气中的化学成分是近年来全球对地观测领域的一个新兴分支。本文阐述全球及中国在卫星大气成分遥感探测领域的发展,以及目前已经和正在开展的各类卫星大气成分探测进展,综述大气气溶胶、主要痕量气体、主要温室气体的卫星遥感探测国际和国内现状,以及掩星和临边探测大气成分垂直廓线的进展,展望未来全球在该领域的发展方向。     

白天工作条件下大气激光雷达探测的实验研究

作者在已完成大气激光雷达系统夜间工作的基础上,对白天工作条件下的各种环境背景光的干扰进行了理论与实验分析,得出太阳直射光和天空光为白天工作的主要背景干扰,实验结果表明,经过激光发射与接收视场角严格匹配及使用干涉滤光器（2．6nm和0．15nm)进行窄带滤波,背景干扰被明显地剔除,可进一步压低背景干扰约20倍,证明采取视场匹配及干涉滤光器的措施可基本保证激光雷达系统在白天条件下工作。     

大气气溶胶光学参数的高光谱分辨率激光雷达探测研究

系统地介绍了国内第一台基于碘吸收滤波器的高光谱分辨率激光雷达系统,及有关的数据处理和测量结果．该系统以种子激光注入的窄带Nd：YAG激光器作为发射光源,利用碘吸收滤波器作为高光谱分辨率滤光器件,将接收到的激光后向散射信号分成能量监测和光谱监测两个探测通道,实现对大气气溶胶散射和分子散射的光谱分离．在没有其他假设、仅利用标准大气模型计算结果的情况下,直接测量得到气溶胶后向散射比、后向散射系数．与以往米散射激光雷达大气气溶胶参数提取方法如Klett方法相比,该测量方式无须激光雷达比即气溶胶消光系数对后向散射系数之比的假设．     

钠激光雷达对中间层顶大气温度和风场的探测

中高层大气温度和风场是研究中高层大气波动的重要参数.钠高光谱分辨率激光雷达能够对中间层顶(80-105km)大气温度和风场进行高精度观测.2011年中国科学技术大学成功研制了我国首台高光谱分辨率钠测温测风激光雷达系统.文中对该激光雷达系统进行了详细介绍,其中包括探测的基本原理,发射机,接收机和采集控制部分的设计.给出了钠测温测风激光雷达于2011年12月9日晚同时探测的大气温度、纬向风、经向风和钠原子密度的结果.结果发现中间层顶区域大气温度、纬向风、经向风变化范围较大,分别是175K~235K,-70~60m/s,-100~110m/s,有明显的半日或周日潮汐振荡的成分.探测结果表明中国科学技术大学钠测温测风激光雷达可对中间层顶区域温度和大气风场进行高时空分辨率的探测,其探测数据对于研究中高层大气动力学具有重要的意义.     

对作好大气探测业务管理工作的思考

针对大气探测业务管理这个承上启下的角色，从提高管理人员自身素质．注重抓好台站业务制度建设和执行情况和将“管理即是服务”贯穿于管理工作的整个过程三个方面提出了想法。     

基于机载激光雷达和遥感影像融合的地物探测方法研究

机载激光雷达（LIDAR）技术可以快速的获取地表的高精度三维点云数据,在三维城市模型（3DCM）的构建等许多领域有着极其广泛的应用.目前对机载激光雷达数据的处理主要体现在对数据的滤波和分类,仅靠单一的LIDAR数据难以实现很好的效果.本文利用常熟市的激光雷达数据及其遥感影像作为基本数据源,提出将两者加以融合的思想对地物进行滤波和分类,达到了良好的效果.     

拉曼-米激光雷达污染环境下气溶胶散射系数反演

提出一种针对雾霾等大气污染环境下近地面区域气溶胶后向散射系数的修正反演方法.针对大气污染环境下近地面气溶胶含量激增导致弹性信号强度超过激光雷达抑制比而引发弹性信号泄漏,进而造成转动拉曼信号发生畸变,提出一种拉曼回波信号修正方法;同时考虑了大气温度对大气分子散射应用于气溶胶反演的影响.实验表明,相比经典Raman-Mie气溶胶反演方法,修正算法反演近地面稳定气溶胶层内气溶胶后向散射系数精度可提高约20%,有助于改善拉曼-米雷达在污染环境下的总体探测性能.      

双端差分吸收激光雷达及其激光系统

介绍了双端差分吸收激光雷达的测量原理．设计了双端差分吸收全固态激光雷达,其测试对象是ＮＯ２和ＳＯ２,测试距离达１ｋｍ．对这一激光雷达光学系统的有关参数及调ＱＣｒ∶ＬｉＳＡＦ双脉冲双波长可调谐激光系统的设计作了重点介绍     

拉曼激光雷达探测对流层二氧化碳浓度分布

为了预测大气中二氧化碳对气候变化的影响,准确可靠的监测对流层二氧化碳浓度分布变得非常重要。拉曼激光雷达是探测大气二氧化碳浓度分布的一种先进的工具。本文介绍了拉曼激光雷达探测大气二氧化碳浓度的原理和方法;中国科学院安徽光学精密机械研究所研制的L625拉曼激光雷达增加了测量对流层二氧化碳浓度分布的功能,对该雷达的重要器件和参数进行了简要介绍;分析了L625拉曼激光雷达探测对流层大气二氧化碳浓度的测量精度;得到了对流层2-7.5 km高度上二氧化碳浓度分布的初步测量结果。由测量结果可以看出合肥地区夜晚二氧化碳垂直方向浓度变化很小,在380 ppmv左右有轻微变化。实验验证了L625拉曼激光雷达探测二氧化碳浓度分布是可行的,并且能够达到较高的测量精度,具有较好的稳定性。     

基于改进DBSCAN算法的激光雷达车辆探测方法

结合车辆行驶的实际环境,提出了一种基于改进DBSCAN快速聚类算法的激光雷达车辆探测方法.建立激光雷达与摄像机传感器坐标与车辆坐标之间的转换模型,进行数据融合,通过改进DBSCAN算法对雷达数据进行去噪声和聚类处理,根据车辆在激光雷达探测中的形状特征模型进行形状匹配,实时完成车辆探测,并将探测结果投影至图像上.实车实验结果证明,改进的DBSCAN算法在车辆探测应用中具有良好的准确性和实时性.     

大气边界层热力结构的声雷达探测研究

文章分析了1984年春、夏两次用声雷达探测研究大气边界层热力结构的结果。(一)采用从声雷达回波照片上定量地确定逐时混合层高度的方法,分析了城市混合层结构特性。揭示了与空气污染物散布关系甚密的混合层高度的变化规律。(二)通过测量声雷达回波讯号的电压幅值,定量计算溫度脉动结构系数(C_T)及其时空分布。揭示了不同气象条件下,C_T的分布特征,并以观测事实确证了一些理论分析结果。观测结果表明:在中性和不稳定层结状况下,C_T与高度的关系分别符合“-2/3”和“-3/4”次律。     

基于CALIPSO和转动拉曼-米散射激光雷达研究北京地区大气气溶胶特性

为提高大气气溶胶参数反演结果的准确性,结合实验室研制的转动拉曼-米散射激光雷达和NASA的CALIPSO,仅用2个激光雷达的弹性后向散射信号,无需对激光雷达比进行假设,反演出了2012年春季北京上空晴天、雨后、阴霾天气的气溶胶光学参数的垂直分布. 结果表明:此方法可有效地获取气溶胶消光系数和后向散射系数的垂直分布;气溶胶的消光系数值在阴霾天气最高,晴天次之,雨后最低.      

地基离轴拉曼-米激光雷达几何因子校正

提出一种提高地基离轴拉曼-米激光雷达系统几何因子校准精度的纯气溶胶校正算法.理论分析了算法的解析表达式和误差影响因素,并与Raman-Klett迭代校正算法进行了对比分析.实验表明算法对激光雷达比估计误差具有不敏感特性.同时讨论了算法得到的几何因子廓线对反演气溶胶消光系数的影响,结果表明在同等激光雷达比估计误差下,纯气溶胶校正算法比Raman-Klett迭代校正算法反演得到的几何因子廓线精度高约2倍以上,并能更好地体现与人类活动密切相关的近地面气溶胶分布情况.