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。     

大气探测激光雷达的分类和特征

激光雷达被广泛地应用于云、气溶胶、大气成分、温度和风速的探测当中.应用于大气探测的激光雷达种类繁多,通常会使用不同的分类方法对激光雷达进行归类,使得同一台激光雷达可能会被赋予不同的名称,而被归类于同一类型的激光雷达之间又可能存在显著差异.按照激光雷达的测量角度和测距方式、光谱特征、探测目标、搭载平台等多种分类方法对现有的大气探测激光雷达进行了归纳,描述了各种不同类型激光雷达的特征,并介绍了不同类别激光雷达之间的联系.在实际科研和业务中,需要结合各种激光雷达的优、缺点,根据探测目标、数据质量要求和预算来选择最适合的激光雷达类型来进行大气探测.     

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。     

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．     

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。     

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.     

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.      

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.     

近地大气航空采样及其在环境污染物探测中的应用

本文提出使用小型航空运输机，直接采集近地大气样品的实验技术和方法，以及应用于长春地区对流层底部大气（200－4000米）环境污染物SO2、CO2和Hg探测的研究结果。     

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.      

激光雷达及其应用

对激光雷达的优点进行了阐述,并对激光雷达在军事上和民用上的应用进行了详细地介绍,主要讨论其在测量飞机、导弹、地面主战兵器、舰艇、甚至炮弹的运动轨迹和大气测量、大气臭氧测量,险情预报、大地测量、效能管理等方面的应用前景。     

基于转动拉曼-米激光雷达拟合大气边界层内气溶胶光学厚度与PM2.5

提出一种利用转动拉曼-米散射激光雷达米弹性散射信号与转动拉曼散射信号比值来拟合大气边界层1 km以内气溶胶光学厚度与PM_2.5值的方法. 该方法消除了几何因子对近地面探测过渡区所带来的误差,而且消除了近地面大气湿度的影响,能够获得高精度的气溶胶后向散射系数,并在此基础上推导了气溶胶光学厚度（AOD）的计算方法,最后利用实验室转动拉曼-米激光雷达系统测量的2013年北京地区气溶胶数据,拟合获得了2013年北京地区冬夏两季AOD-PM_2.5经验公式.      

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。     

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。     

纯转动喇曼激光雷达带通滤波参数的优化研究

带通滤波技术是纯转动喇曼激光雷达系统的关键单元技术,由非优化的带通滤波参数将直接导致系统探测灵敏度的降低、温度探测精度的恶化等严重后果．作者引入模拟退火算法对中心滤波波长、滤波波长间隔及滤波带宽等带通滤波参数进行了优化计算,可获得温度探测灵敏度比已有报道高3～5倍的效果．     

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。     

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.