瑞利-拉曼散射激光雷达探测大气温度分布

介绍一台用于夜晚探测大气温度分布的L625瑞利-拉曼(Rayleigh-Raman)散射激光雷达。采用Nd：YAG激光器三倍频输出355nm作为发射激光，利用弱光子计数技术检测大气中分子的瑞利散射和N2分子振动拉曼散射回波，分析得到了平流层和对流层中上部大气温度的垂直分布廓线。其观测结果分别与HALOE／UARS卫星和无线电气象探空仪结果进行了对比分析。其中，激光雷达观测的平流层温度与HALOE卫星的结果对比表明，它们在高度25～65km内显示出较好的一致性，20个夜晚的平均温度差别基本上小于2K。激光雷达与无线电气象探空仪探测的对流层温度在高度为5～18km内反映了较为一致的分布趋势，15个夜晚的平均温度差别在6～16．5km高度内小于3K。这些结果表明，L625瑞利-拉曼散射激光雷达观测数据可靠，可用于大气温度分布的常规观测和分析研究。     

机载双波长米散射激光雷达大气回波信号与信噪比的模拟计算

为了研究机载双波长米散射激光雷达的技术参数对其探测性能的影响,为该激光雷达的设计与研制提供理论分析依据,使用合适的大气消光模式和机载米散射激光雷达方程,对其接收的大气后向散射回波信号以及信噪比进行了模拟计算,讨论了几何重叠因子和不同消光模式对回波信号的作用,分析了激光脉冲能量、累积激光脉冲数、接收视场、滤光片半宽度等技术参数对信噪比的影响.结果表明设计的机载激光雷达完全可以进行10 km高度以下大气气溶胶和云的探测.     

瑞利激光雷达超窄带滤光器参数设计及性能分析

白天太阳光背景辐射严重降低雷达系统的信噪比,从而影响探测高度和精度。为实现对中高层大气相关参数的全天时测量,利用Nd:YAG激光器产生的355 nm激光束作为光源,研制了用于全天时的超窄带滤光器。从原理出发,利用FP标准具透过率曲线单支具有超窄带宽的特性,设计了一款用于进行白天观测的级联式超窄带滤光器;给出了该超窄带滤光器近似透过率函数形式,定义了滤光器性能评价函数,给出了设计方法;通过定义的滤光器性能评价函数,对超窄带滤光器主要参数进行了优化设计,给出了各光学部件具体参数,给出了超窄带滤光器的信噪比提升效果;最后,通过具体实验对各标准具及级联状态下的系统透过率进行了标定,经曲线拟合表现出较好的一致性。     

大气散射对合成孔径激光雷达回波信噪比的影响

回波信号功率是影响雷达探测分辨率的重要因素.结合大气散射对激光传输的影响,建立了波长为200～1200 nm的激光传输中大气散射衰减的数学模型,并埘该模型进行了仿真分析,得出激光大气传输过程中大气散射作用对激光衰减及其回波信噪比影响的规律.     

米散射激光雷达探测大气消光特性研究

激光雷达作为一种主动遥感探测工具,广泛用于大气环境等研究领域,特别是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。在阐述大气气溶胶探测原理及信号处理的基础上,提出一种工程可行的米散射激光雷达及数据处理的设计方案,利用此雷达对苏州城区大气气溶胶特性进行测量,并利用Fernald方法反演了其消光特性,通过实验数据分析了苏州城区的重要大气光学特性,充分显示了米散射激光雷达在大气特性探测领域的优越性。     

基于巴克码调制的非相干探测激光雷达系统设计与仿真

目前,许多学者对提高激光雷达信噪比进行了大量的研究,主要方法为在相干探测体制下利用脉冲压缩技术提高雷达信噪比与距离分辨率,效果显著,但相对成本较高,且光学系统复杂。提出了改进非相干探测激光雷达发射信号及相应的雷达系统,该系统实现成本较低,雷达回波信号经数字脉冲压缩处理后可有效提高信噪比。在所涉及雷达系统基础上,综合考虑激光雷达距离方程、大气衰减、背景光干扰与噪声等因素,对回波信号进行建模与仿真,并对回波信号进行数字脉压处理与恒虚警检测。仿真结果表明,所设计系统相比矩形波激光雷达系统性能提升明显。     

一种便携式米散射激光雷达系统的研制

针对传统米散射激光雷达结构复杂和设计成本高的缺陷,提出一种用来探测大气气溶胶的便携式米散射激光雷达系统。首先设计了收发同轴的光学系统结构,然后对光电探测器进行了独立设计,最后基于系统结构搭建了可移动式米散射激光雷达实验平台,对大气气溶胶进行了初步探测。实验结果表明:采用设计的电源滤波器滤波后,开关电源原始纹波电压幅度从0.1 V降低到了0.01 V内,噪声幅值控制在0.1 V左右;系统在白天、夜晚的斜程探测距离分别为4.5、6 km,可以对特定区域的气溶胶进行实时监测。     

激光雷达引信的目标探测技术及仿真

激光雷达由于其特有的优点,在民用和国防防御领域在目标探测和识别方面得到了日益广泛的应用。为达到更好的性能要求,设计时必须充分考虑各种参数之间的相互关系。因此,为了能更好地了解系统中各参数之间的相互影响,利用MATLAB的交互式图形用户界面GUI,充分考虑激光脉冲传播效应、反射特性、探测技术、接收信号及处理对光雷达引信进行仿真。通过仿真工具可对光雷达引信的各种性能进行有效分析,并有助于光雷达引信系统性能改进和规范。     

小型Mie散射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1064nm小型Mie散射激光雷达系统,详细论述了系统的设计、加工、建造和系统装配调试过程。解决了信号采集所需要的控制电路,实现了激光雷达的收发同步。实验结果表明:系统的几何重叠因子稳定可靠,校准误差为0. 00143。这同时也说明了系统设计、装校的合理性。     

光波导相控阵激光雷达接收系统设计

针对光波导相控阵扫描角度大、速度高的特点,设计了光波导相控阵激光雷达的接收系统。该系统采用大视场凝视型的单孔径接收望远镜和APD阵列探测器,进行目标信号的接收转换与目标角度测量;同时采用微透镜阵列（MLA）以弥补APD阵列产生的探测视场空白,提高回波信号能量利用率。首先给出了设计的总体方案,选择并设计了系统的具体参数;针对选择的器件参数,根据激光雷达方程对系统的性能进行了分析。研究结果表明:所设计的接收系统具有体积小、结构紧凑的特点,性能指标可满足相控阵激光雷达的探测需要。     

Effect of Atmospheric Scintillation on SNR of Differential Absorption Lidar System

The differential absorption lidar (DIAL) system has become extremely useful tools for remote sensing of atmospheric pollutants since the theoretical foundations were first developed by Schotland in 1974[1,2]. Recently, the DIAL systems have been developed for standoff detection of battlefield chemical and biological agents and for the long-range monitoring of emissions from suspected chemical, biological, or nuclear production facilities [3,4]. In DIAL technique, two or more laser wavelen…     

非扫描激光雷达系统的多脉冲积累信噪比分析

激光雷达系统信噪比(SNR)直接影响了系统距离像和强度像的好坏。运用信号相关检测理论,分析了多脉冲积累下的非扫描激光雷达系统信噪比。考虑到雪崩光电二极管(APD)阵列、工作环境因素和激光雷达系统参数等,对多脉冲积累下的信噪比进行了仿真分析。在100个脉冲积累数目下,信噪比提高了9.35dB,之后随脉冲积累数目的继续增加,信噪比提高的幅度不明显。研究表明:运用脉冲积累这一方法能够提高系统信噪比。     

基于激光雷达数据的首都机场风场模拟

低空风效应是指在特定的风况条件下,机场建筑物或其他位于跑道附近的人工结构对气流 造成显著扰动的现象,该效应易引起湍流甚至是出现风切变,进而给飞机的升降过程带来困难。 采用计算流体动力学(Computational fluid dynamics, CFD)方法对首都机场进行风场模拟, 并基于CFD在输入风速设置上的局限性,提出一种将高精度、高分辨率的激光雷达测风数据 导入CFD的方法,来研究这些地物对首都机场风速的影响。通过对模拟结果的分析,在风速 为11~15 m/s的西北风条件下的东跑道以及在同等风速的东南风条件下的西跑道与中间跑道均受到较大影响。     

卷云消光后向散射比的激光雷达测量

高层卷云对天气和气候有着重要的影响,其消光后向散射比是它的一个重要光学特性.假设卷云上方和下方没有气溶胶,只有大气分子,由激光雷达信号就可反演出卷云的透过率和光学厚度,进而算出卷云的消光后向散射比.对美国汉普顿大学的532 nm通道激光雷达测量的卷云数据进行了分析,数据采集期间从2007年1月至10月,共选取了光学厚度在0.08～1.5之间的798组卷云数据.计算结果表明:卷云高度主要分布在7～13.5 km之间;卷云消光后向散射比平均值为21.4 sr,月季特征并不很明显,概率分布呈现出正态分布特征;光学厚度的概率分布函数说明大部分为薄卷云.     

激光雷达系统仿真软件设计与实现

文中从激光雷达方程和约束条件入手,研究了通用激光雷达仿真模型( GLM) ,分析讨 论了各种环境和系统条件对激光雷达性能的影响。依照仿真模型,我们在Windows 平台用VC + + 开发了仿真软件。     

激光器重复频率对多普勒激光雷达信噪比影响的模拟研究

多普勒激光雷达在风场测量和数值天气预报等方面有重要意义,而信噪比则是衡量系统测量精度的重要参数.以2007年中国海洋大学研制的我国第一台车载多普勒测风激光雷达系统为参考,模拟了在相同平均功率下,使用4种重复频率不同的激光器的激光雷达系统测量海面风场中的信噪比,并与汕尾测量的海面风场数据进行了对比,模拟数据和实测数据能够较好吻合,模拟结果证明使用低重复频率激光器的激光雷达系统能够获得较高的信噪比.而根据多普勒激光雷达业务测量要求,要求比较高的激光重复频率,通过模拟研究,建议选择激光器激光重复频率500～1000 Hz.     

相干激光测风雷达信号提取与仿真

讨论了将脉冲信号积累应用于相干激光雷达的具体方法,并利用Simulink软件平台对信号处理过程进行仿真。由仿真结果可知,在相应的设定下,进行0.028 s以上的相干积累,信噪比(SNR)增益可达22 dB以上;如果在0.007 s内先进行短时相干积累,再进行非相干积累,当积累总时间超过0.020 s时,信噪比增益将达到18 dB 以上。     

星载测风激光雷达系统鉴频器性能模拟比较

模拟了基于355nm波长双边缘FP（Fabry-Perot）鉴频器和基于532nm波长碘分子鉴频器的星载测风激光雷达系统性能。进行的比较和分析主要包括激光出射光子数、大气后向散射强度、探测器、鉴频器及测风灵敏度等。给出了星载平台系统接收后向散射信号的信噪比和测风误差,以评估两种激光雷达系统的性能。结果表明,在距地面0-5km高度范围,532nm碘分子鉴频器系统测风误差低于355nm 双边缘FP系统,而对于距地面5km以上大气范围,FP系统风速误差比碘分子鉴频器系统低25%。     

增益调制非扫描激光雷达距离像的仿真及实验验证

仿真研究有助于增益调制非扫描激光雷达系统设计的优化,并对其构成和成像原理进行分析。建立了增益调制非扫描激光雷达的理论模型,提出一个用于雷达成像的标准目标,根据所建立的理论模型和成像过程,编制了仿真软件,对增益调制非扫描激光雷达系统进行仿真模拟,并与实验结果进行对比。仿真实验结果与实验结果的一致性表明,仿真模型比较贴近实际,有助于增益调制非扫描激光雷达系统的方案设计和参数优化。