非共轴激光雷达消光反演中参考高度的标定

非共轴激光雷达的几何重叠因子对系统性能具有重要的影响,其直接决定激光雷达探测中消光系数反演的精度。文中提出了系统装配完成后标定激光雷达几何重叠因子的方法。首先,利用最小二乘法以及二次曲线拟合,得到一种确定Klett反演算法中参考高度的方法;其次,通过拟合还原近场回波信号,并利用雷达原始回波信号与拟合信号之比,得到系统的几何重叠因子;然后,再利用所得几何重叠因子对近场回波进行修正并作全程范围信号的拟合,确定消光系数边界值,以此作为Klett算法的参考高度;最后,利用2012年初春激光雷达资料对大气消光系数进行反演计算,证明该标定方法简单可行,能对激光雷达进行室内标定、降低对系统参数的要求,理论计算误差小。     

双轴Mie散射激光雷达及其几何重叠因子的计算

介绍了一台直接探测的用于大气气溶胶测量的双轴Mie散射激光雷达系统,阐述了其工作原理和系统结构,在此基础上介绍了双轴激光雷达系统几何重叠因子的物理意义,并从几何推导和实验测量两方面给出求解几何重叠因子的方法.     

离轴激光雷达几何重叠因子的计算与实验测定

介绍了一台直接探测的用于大气气溶胶测量的离轴激光雷达系统,分别从理论计算和实验测量两方面给出了该激光雷达系统中几何重叠因子的求解方法.结果显示,实验法所得几何重叠因子随距离的分布曲线和理论计算所得结果基本吻合,且实验法所得系统几何重叠因子随距离的分布曲线随日期基本不变,说明所介绍的用于求解系统几何重叠因子的实验方法是可行的.     

激光雷达几何重叠因子及其对气溶胶探测的影响

介绍了平行轴与共轴激光雷达几何重叠因子的物理意义,并从几何推导和实验测量两方面给出求解几何重叠因子的方法.通过对AML-1激光雷达(共轴系统)的实验总结,列举了一些有关几何重叠因子的典型结果,并分析了激光雷达几何重叠因子对探测气溶胶消光系数的影响.最后得出,气溶胶消光系数对几何重叠因子的修正非常敏感,但在激光雷达系统稳定且操作规范的情况下,几何重叠因子随距离的分布曲线是相对稳定的,此时对气溶胶消光系数的影响也较小.     

小型气溶胶激光雷达及其信号校准

介绍了一台直接探测的、用于大气气溶胶测量的小型激光雷达系统,阐述了其工作原 理和系统结构,较详细的讨论了该激光雷达的信号校准过程,尤其是几何重叠因子的确定。根据实验结果,反演了该激光雷达的几何重叠因子和最终的校准信号。     

离轴二极管泵浦固体激光雷达系统设计与装校

介绍了一台直接探测的用于大气气溶胶测量的离轴二极管泵浦固体激光雷达系统,详细论述了系统的设计、加工和装配调试过程.设计了信号采集控制电路,实现了激光雷达的收发同步.结果显示,采用实验法校准所得几何重叠因子随距离的分布曲线和理论计算所得结果基本吻合,且实验法所得系统几何重叠因子随距离的分布曲线是稳定的.     

激光测云雷达信号分析

分析了用于测云的最佳激光雷达波段,给出了计算雷达方程所需的大气分子和气溶胶消光系数的垂直廓线模拟图,以及在小孔光阑存在的情况下同轴透射式测云激光雷达的几何重叠因子模拟图,使用拟定的大气探测激光雷达技术参数进行回波信号及其信噪比的模拟计算,分析脉冲发射能量、脉冲发射次数、滤光片半宽等对信噪比不同程度的影响.这对分析测云激光雷达的探测性能具有基本的意义,同时也为测云激光雷达技术参数的确定提供了理论上的分析依据.     

双轴Mie散射激光雷达系统及其信号校准

介绍了一台直接探测的用于大气气溶胶测量的M ie散射激光雷达系统,阐述了其工作原理和系统结构,较详细的讨论了该激光雷达的信号校准过程,尤其是几何重叠因子的确定。对校准后信号的反演结果和分析表明,该校准过程正确、稳定、有效。     

星地同步观测数据的地基激光雷达几何因子反演方法

为了有效确定地基激光雷达系统的几何因子,修正地基激光雷达信号接收过渡区内的回波信号,提出了一种反演几何因子的新方法。利用星载激光雷达(CALIPSO)可以覆盖地基激光雷达探测过渡区的特点,结合星载与地基激光雷达同步获取的回波信号,分别反演了离轴和同轴模式下的几何因子,并同成熟的拉曼-米氏几何因子反演方法,以及Su Jia的联合测量法作对比。在几何因子过渡区内,校正后的气溶胶后向散射系数与Su Jia的方法相比,离轴和同轴模式下的平均相对误差分别提高了25.4%和10.4%。该方法克服了弹性散射激光雷达水平测量法中因大气均匀假设导致的几何因子测量结果的不确定性,更适用于应用广泛的弹性散射激光雷达,且可以利用CALIPSO每月过境时间稳定的特点,对系统几何因子进行常规标定。     

含多程室谐振腔的失调分析

本文给出了含多程室的谐振腔失调后的光轴确定方法，对因失调引起的衍射损耗进行了分析和近似计算。     

利用喇曼-米方法确定激光雷达几何因子

为了快速合理地确定激光雷达几何因子反演关键参量激光雷达比,利用雷达充满区几何因子值恒为1的属性提出一个简捷的新途径,对这种方法从理论上进行了推导,并以实际雷达数据进行了验证,反演得到的几何因子在充满区没有出现单调增加或者单调减小等不合理情况。结果表明,这种方法避免了目前激光雷达比需多次取值对结果定性分析繁琐耗时的不足,是合理有效的。这将对于反演出雷达几何因子并进而获得近地面气溶胶信息具有重要参考价值。     

差分吸收激光雷达几何因子实验确定方法

差分吸收激光雷达发射光束与接收视场的重叠区域用几何因子函数来描述,几何因子是差分吸收激光雷达的重要参数。提出了一种实验方法,实验使用米散射激光雷达和差分吸收激光雷达同时测量信号,通过对比分析两台激光雷达采集信号计算得到的气溶胶散射比廓线,获得差分吸收激光雷达的几何因子。该方法的优点在于不需要预先得到精确度高的激光雷达参数,比如望远镜直径,光束发散角,望远镜接收视场角等。该方法的应用有利于减少近地面差分吸收激光雷达测量臭氧廓线的误差,提高差分吸收激光雷达的探测性能,有助于研究近地面层的臭氧时空分布特征。     

Modeling lidar waveforms in heterogeneous and discrete canopies

This study explores the relationship between laser waveforms and canopy structure parameters and the effects of the spatial arrangement of canopy structure on this relationship through a geometric optical model. Studying laser waveforms for such plant canopies is needed for the advanced retrieval of three-dimensional (3D) canopy structure parameters from the vegetation canopy lidar (VCL) mission. For discontinuous plant canopies, a hybrid geometric optical and radiative transfer (GORT) model describing the effects of 3D canopy structure parameters of discrete canopies on the radiation environment has been modified for use with lidar. The GORT model is first used to describe the canopy lidar waveforms as a function of canopy structure parameters and then validated using scanning lidar imager of canopies by echo recovery (SLICER) data collected in conifer forests in central Canada during the boreal ecosystem-atmosphere study (BOREAS). Model simulations show that the clumping in natural vegetation, such as leaves clustering into tree crowns causes larger gap probability and smaller waveforms for discontinuous plant canopies than for horizontally homogeneous plant canopies. Ignoring the clumping effect can result in significantly lower values for the estimated foliage amount in the profile and in turn lower estimated biomass. Because of clumping, only the gap probability and apparent vertical projected foliage profile can be directly retrieved from the canopy lidar data. The retrieval is sensitive to the ratio of the volume backscattering coefficients of the vegetation and background, and this ratio depends on canopy architecture as well as foliage spectral characteristics     

船载激光雷达测量水体光学参数的仿真模拟研究

激光雷达能够高效获取海洋光学特性的垂直剖面信息,是海洋光学探测的重要手段之一。利用蒙特卡罗仿真方法,基于Gordon(1982)的机载激光雷达测量水体光学参数模型,研究了船载激光雷达在水中的传输过程和水中光场分布。特别研究考虑了接收视场角和望远镜半径等参数的影响,建立了适用于船载海洋激光雷达的模拟系统。在激光雷达的传输等效为太阳光传输后,该模拟系统与常用的HydroLight的模拟进行了比对印证并获得了一致的结果。在此基础上,通过模拟得到的激光雷达回波信号分析了不同激光雷达测量模式及典型水体条件下激光雷达消光系数α和海水光学参数之间的关系。船载激光雷达结果表明,在窄接收视场角情况下,激光雷达消光系数α趋向于水体光束衰减系数c;在宽接收视场角情况下,α趋近于水体的向下辐照度漫射衰减系数K_d。相比机载观测,船载观测的α趋近K_d的速度变缓。在垂直分层水体中,激光雷达在下层水体中测量的α值会向上层水体的α值偏移。该结果为研究海洋激光雷达测量参数与海洋光学参数之间的关系提供了进一步的认知。     

喇曼激光雷达探测云及其附近气溶胶光学参量

为了研究喇曼激光雷达探测云与气溶胶相互作用相关光学参量的可行性,研制了一台607nm喇曼激光雷达。采用适当提高喇曼激光雷达配置的方法,提高了喇曼回波信号信噪比。通过实验取得了晴空少云天气下云和气溶胶的消光系数垂直廓线,给出了喇曼激光雷达观测云与气溶胶相互作用的个例分析,说明利用地基喇曼激光雷达,可以为研究云与气溶胶之间相互作用的物理过程提供基础数据,并指出正在研制的多波长喇曼-偏振激光雷达技术探测云与气溶胶相互作用的技术优势。结果表明,喇曼激光雷达具备定量探测中低自由对流层内薄云层和气溶胶消光系数的能力。     

差分吸收激光雷达通道几何因子修正方法

差分吸收激光雷达中二个接收通道的几何因子是不完全相同的,这会导致反演出的污染物浓度在近距离范围内存在一定的偏差.在分析激光雷达通道几何因子形成的基础上,提出用通道几何因子比来修正上述偏差,并给出了通道几何因子比的测量新方法.实验结果表明,这一修正方法是可靠的,实用的.     

激光雷达测量大气气溶胶光学厚度方法研究

介绍一种激光雷达常数标定和气溶胶光学厚度(AOD)测量的新方法.利用太阳辐射计,获得大气气溶胶的光学厚度,激光雷达可以获得35～40 km高度的回波信号,在这一高度区间可忽略气溶胶的存在,大气模式可以提供大气分子散射系数,根据激光雷达方程计算出激光雷达常数.反之,标定激光雷达常数后,根据激光雷达方程,以激光雷达35～40 km的大气分子后向散射回波信号来确定气溶胶的光学厚度.激光雷达测量结果与太阳辐射计的测量结果一致性较好,说明该方法是可行的.这种新方法既可以用于白天的气溶胶光学厚度测量,也可以用于夜间测量.     

激光测风雷达二维扫描控制系统的实现

二维扫描系统使得激光出射方向和光学接收光轴同时精确指向设定方向,进而测量多方位的风速数据。介绍了激光测风雷达二维扫描控制系统组成,重点讨论了系统运用步进电机进行驱动的电路特点以及采取的可靠性技术措施,包括硬件措施和软件措施,分析了该系统的先进性、可靠性以及智能化特点。该控制系统已经成功地安装在中国科学院安徽光机所的激光测风雷达上,经过了一年半的实际运行,其控制精度、运行速度完全满足激光测风雷达的测量要求。