拉曼氣溶膠激光雷達(dá)探測(cè)

針對(duì)全球范圍內(nèi)大氣參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)需求，以地表30千米內(nèi)與人類活動(dòng)密切相關(guān)的大氣空間為探測(cè)對(duì)象，依據(jù)大氣分子的拉曼散射原理，開展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的紫外域波長(zhǎng)激光雷達(dá)探測(cè)大氣水汽、溫度和氣溶膠特性的系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)研究，主要涉及拉曼激光雷達(dá)系統(tǒng)探測(cè)技術(shù)、微弱信號(hào)提取技術(shù)與方法、大動(dòng)態(tài)范圍的數(shù)據(jù)拼接與校正技術(shù)、多參量并行精細(xì)探測(cè)及反演技術(shù)和模塊化系統(tǒng)集成技術(shù)與對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究等多學(xué)科交叉技術(shù)。結(jié)合多年來研究大氣水汽和溫度拉曼激光雷達(dá)技術(shù)的積累，研制了以特殊分色1片和窄帶干涉濾光片為核心的拉曼分光系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了大氣分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)拉曼信號(hào)的精細(xì)提取技術(shù)，構(gòu)建了拉曼激光雷達(dá)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大氣水汽、溫度與氣溶膠廓線的精細(xì)探測(cè)。長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)探測(cè)性能穩(wěn)定，可靠性高，可作為區(qū)域性大氣和空間環(huán)境地基激光雷達(dá)監(jiān)測(cè)基地繼續(xù)開展長(zhǎng)期觀測(cè)實(shí)驗(yàn)研究。

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拉曼氣溶膠激光雷達(dá)

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基于Fernald法研究了激光雷達(dá)比設(shè)定值與激光雷達(dá)有效探測(cè)范圍內(nèi)氣溶膠光學(xué)厚度之間的函數(shù)關(guān)系。針對(duì)函數(shù)的連續(xù)性,提出了以光學(xué)厚度為收斂判據(jù),采用二分法反演低層氣溶膠激光雷達(dá)比的新方法。2014年7月下旬,利用太陽光度計(jì)和西安理工大學(xué)自主研發(fā)的拉曼-米氏激光雷達(dá)對(duì)西安局部地區(qū)大氣進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)觀測(cè),并利用所提出的方法進(jìn)行了數(shù)據(jù)反演。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,西安局部地區(qū)氣溶膠激光雷達(dá)比在觀測(cè)期間比較平穩(wěn),基本為44或45。降雨當(dāng)天,受大氣濕度影響,激光雷達(dá)比值較大為51。利用激光雷達(dá)米氏散射回波信號(hào)和太陽光度計(jì)探測(cè)數(shù)據(jù),提出了采用迭代反演算法開展氣溶膠激光雷達(dá)比精細(xì)反演新方法,對(duì)研究氣溶膠光學(xué)特性的精細(xì)反演算法具有重要的意義。

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激光雷達(dá)是以發(fā)射激光束探測(cè)目標(biāo)的位置、速度等特征量的雷達(dá)系統(tǒng)。從工作原理上講，與微波雷達(dá)沒有根本的區(qū)別:向目標(biāo)發(fā)射探測(cè)信號(hào)(激光束),然后將接收到的從目標(biāo)反射回來的信號(hào)(目標(biāo)回波)與發(fā)射信號(hào)進(jìn)行比較,作適當(dāng)處理后,就可獲得目標(biāo)的有關(guān)信息,如目標(biāo)距離、方位、高度、速度、姿態(tài)、甚至形狀等參數(shù),從而對(duì)飛機(jī)、導(dǎo)1彈等目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、跟蹤和識(shí)別。

工作在紅外和可見光波段的，以激光為工作光束的雷達(dá)稱為激光雷達(dá)。它由激光發(fā)射機(jī)、光學(xué)接收機(jī)、轉(zhuǎn)臺(tái)和信息處理系統(tǒng)等組成，激光器將電脈沖變成光脈沖發(fā)射出去，光接收機(jī)再把從目標(biāo)反射回來的光脈沖還原成電脈沖，送到顯示器。

拉曼氣溶膠激光雷達(dá)特點(diǎn)

(1)分辨率高

激光雷達(dá)可以獲得極高的角度、距離和速度分辨率。通常角分辨率不低于0.1mard也就是說可以分辨3km距離上相距0.3m的兩個(gè)目標(biāo)(這是微波雷達(dá)無論如何也辦不到的),并可同時(shí)跟蹤多個(gè)目標(biāo);距離分辨率可達(dá)0.lm;速度分辨率能達(dá)到10m/s以內(nèi)。距離和速度分辨率高,意味著可以利用距離--多譜勒成像技術(shù)來獲得目標(biāo)的清晰圖像。分辨率高,是激光雷達(dá)的顯著的優(yōu)點(diǎn),其多數(shù)應(yīng)用都是基于此。

(2)隱蔽性好、抗有源干擾能力強(qiáng)

激光直線傳播、方向性好、光束非常窄,只有在其傳播路徑上才能接收到，因此敵方截獲非常困難，且激光雷達(dá)的發(fā)射系統(tǒng)(發(fā)射望遠(yuǎn)鏡)口徑很小,可接收區(qū)域窄，有意發(fā)射的激光干擾信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)的概率極低;另外，與微波雷達(dá)易受自然界廣泛存在的電磁波影響的情況不同，自然界中能對(duì)激光雷達(dá)起干擾作用的信號(hào)源不多，因此激光雷達(dá)抗有源干擾的能力很強(qiáng),適于工作在日益復(fù)雜和激烈的信息1戰(zhàn)環(huán)境中。

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