光电倍增管信号诱导噪声的特性分析
发布时间：2021-04-09 11:23
激光雷达作为一种新兴的主动式现代光学遥感设备,凭借其高探测灵敏度、高时间、空间分辨率、大的探测范围、全天时性以及能够探测其他探测设备无法观测的高度范围等优势,成为探测中、高层大气的有力手段。在新的技术条件下,为获得更高时间分辨率、高空间分辨率的中高层大气廓线及其精细化结构,我们要使用功率更大的激光器以及孔径较大的光学望远镜进行大气探测。同时,为了接收中、高层大气,尤其是金属层的微弱回波信号并保证高信噪比,激光雷达系统中通常采用高量子效率、高灵敏度的光子计数模式的光电倍增管,结果就使得采集到的回波信号中由于近场强回波信号导致的信号诱导噪声所引起的非线性失真更为明显。为了获得准确可靠的大气参数数据,必须解决由光电倍增管信号诱导噪声所引起的信号非线性失真的问题。目前对于信号诱导噪声以及由它引起的非线性失真的信号处理方法主要有机械斩波、电子门控PMT、SIN模型以及外置电场,均有其不足之处。尤其对于SIN的特性进行分析时,光源的选取极大的干扰了实验结果的准确性,为此,本文提出了快速斩波的方法并设计了发生装置,在此基础上,又提出了两次斩波的方法及装置;分别以这两种装置设计了一套全新的光电倍增管信...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)北京市
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
大气垂直结构示意图
无线电和微波雷达工作波长（1～100mm）向光学频段（光具有单色性高和波长可调谐的优点，便于实现大气中各认；而且激光波长很短，激光束可以与大气中的微小粒互作用，不存在大气探测的盲区（杨国韬，2001）。激光灵敏度、高时间、空间分辨率、大的探测范围、全天时性设备无法观测的高度范围等优势，成为探测中高层大气等，2001；She C 等.，2003b）。测激光雷达工作原理与微波雷达非常相近，基本结构如984），以激光作为信号源，由激光器向大气发射脉冲激互作用后，引起散射，其中一部分散射光即后向散射光会镜所接收，接收到的信号经过光电转换、放大、采集以及、反演后，最终可得到所需的大气参数廓线。
图 1. 3 北京双波长激光雷达典型原始回波信号（岳川，2015）目前对于脉冲累积效应以及由它引起的非线性失真的信号处理方法主要种，一是通过机械斩波器斩波（林鑫 等，2013；Proffitt M H，1997），从上将低空强回波信号斩断，采集系统只接收采集高空回波信号。二是多通接收技术（Singh U N 等.，1996；Alpers M 等.，2004），将不同通道采同高度处的未饱和光子数据进行拼接。以子午工程北京双波长三通道激光雷达为例，将 1064nm 的激光经过倍频和染料激光器后，向大气发射 532nm 和 589nm 的激光束，将回波信号中的射、瑞利散射和钠共振荧光散射区分出来，分别通过不同的通道进行接收长三通道激光雷达系统结构如图 1. 4 所示（关塞，2005）。
【参考文献】：
期刊论文
[1]机械斩波在大气探测激光雷达中的应用[J]. 林鑫,杨勇,程学武,关塞,王继红,李发泉,刘林美,宋沙磊,陈振威,李亚娟. 中国激光. 2013(08)
[2]拉曼激光雷达探测低对流层大气二氧化碳分布[J]. 于海利,胡顺星,吴晓庆,曹开法,孟祥谦,苑克娥,黄见,邵石生,徐之海. 光学学报. 2012(08)
[3]高空钠层、钾层同时探测的激光雷达[J]. 程学武,杨国韬,杨勇,李发泉,王继红,刘迎杰,李勇杰,林鑫,龚顺生. 中国激光. 2011(02)
[4]拉曼激光雷达探测合肥地区夏秋季边界层气溶胶的光学性质[J]. 伯广宇,谢晨波,刘东,陈涛,王邦新,王珍珠,钟志庆,周军. 中国激光. 2010(10)
[5]基于子午工程的国际空间天气子午圈计划[J]. 范全林. 中国科学基金. 2008(02)
[6]差分吸收激光雷达测量环境SO2[J]. 胡顺星,胡欢陵,张寅超,刘小勤,谭琨. 中国激光. 2004(09)
[7]根据激光雷达观测结果研究中国武汉地区钠层的分布[J]. 杨国韬,刘炳模,王嘉珉,傅利平,徐寄遥,程学武,万卫星,龚顺生. 地球物理学报. 2003(05)
[8]空间环境对航天器的影响及其对策研究[J]. 朱光武,李保权. 上海航天. 2002(04)
[9]高层大气及其预报研究对航天飞行的重要性[J]. 田剑华,范权福. 环模技术. 1999(01)
[10]紫外差分吸收激光雷达测量平流层臭氧[J]. 胡欢陵,王志恩,吴永华,周军. 大气科学. 1998(05)
博士论文
[1]武汉上空中层大气的瑞利激光雷达观测与研究[D]. 常启海.中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所） 2005
硕士论文
[1]北京上空中层大气的瑞利激光雷达观测与研究[D]. 岳川.中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心) 2015
[2]基于超声马达的光学斩波器的研制[D]. 王国珊.电子科技大学 2012
[3]中国武汉上空钠层的激光雷达观测、特性分析及理论模拟[D]. 杨国韬.中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所） 2001
本文编号：3127535
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)北京市
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
大气垂直结构示意图
无线电和微波雷达工作波长（1～100mm）向光学频段（光具有单色性高和波长可调谐的优点，便于实现大气中各认；而且激光波长很短，激光束可以与大气中的微小粒互作用，不存在大气探测的盲区（杨国韬，2001）。激光灵敏度、高时间、空间分辨率、大的探测范围、全天时性设备无法观测的高度范围等优势，成为探测中高层大气等，2001；She C 等.，2003b）。测激光雷达工作原理与微波雷达非常相近，基本结构如984），以激光作为信号源，由激光器向大气发射脉冲激互作用后，引起散射，其中一部分散射光即后向散射光会镜所接收，接收到的信号经过光电转换、放大、采集以及、反演后，最终可得到所需的大气参数廓线。
图 1. 3 北京双波长激光雷达典型原始回波信号（岳川，2015）目前对于脉冲累积效应以及由它引起的非线性失真的信号处理方法主要种，一是通过机械斩波器斩波（林鑫 等，2013；Proffitt M H，1997），从上将低空强回波信号斩断，采集系统只接收采集高空回波信号。二是多通接收技术（Singh U N 等.，1996；Alpers M 等.，2004），将不同通道采同高度处的未饱和光子数据进行拼接。以子午工程北京双波长三通道激光雷达为例，将 1064nm 的激光经过倍频和染料激光器后，向大气发射 532nm 和 589nm 的激光束，将回波信号中的射、瑞利散射和钠共振荧光散射区分出来，分别通过不同的通道进行接收长三通道激光雷达系统结构如图 1. 4 所示（关塞，2005）。
【参考文献】：
期刊论文
[1]机械斩波在大气探测激光雷达中的应用[J]. 林鑫,杨勇,程学武,关塞,王继红,李发泉,刘林美,宋沙磊,陈振威,李亚娟. 中国激光. 2013(08)
[2]拉曼激光雷达探测低对流层大气二氧化碳分布[J]. 于海利,胡顺星,吴晓庆,曹开法,孟祥谦,苑克娥,黄见,邵石生,徐之海. 光学学报. 2012(08)
[3]高空钠层、钾层同时探测的激光雷达[J]. 程学武,杨国韬,杨勇,李发泉,王继红,刘迎杰,李勇杰,林鑫,龚顺生. 中国激光. 2011(02)
[4]拉曼激光雷达探测合肥地区夏秋季边界层气溶胶的光学性质[J]. 伯广宇,谢晨波,刘东,陈涛,王邦新,王珍珠,钟志庆,周军. 中国激光. 2010(10)
[5]基于子午工程的国际空间天气子午圈计划[J]. 范全林. 中国科学基金. 2008(02)
[6]差分吸收激光雷达测量环境SO2[J]. 胡顺星,胡欢陵,张寅超,刘小勤,谭琨. 中国激光. 2004(09)
[7]根据激光雷达观测结果研究中国武汉地区钠层的分布[J]. 杨国韬,刘炳模,王嘉珉,傅利平,徐寄遥,程学武,万卫星,龚顺生. 地球物理学报. 2003(05)
[8]空间环境对航天器的影响及其对策研究[J]. 朱光武,李保权. 上海航天. 2002(04)
[9]高层大气及其预报研究对航天飞行的重要性[J]. 田剑华,范权福. 环模技术. 1999(01)
[10]紫外差分吸收激光雷达测量平流层臭氧[J]. 胡欢陵,王志恩,吴永华,周军. 大气科学. 1998(05)
博士论文
[1]武汉上空中层大气的瑞利激光雷达观测与研究[D]. 常启海.中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所） 2005
硕士论文
[1]北京上空中层大气的瑞利激光雷达观测与研究[D]. 岳川.中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心) 2015
[2]基于超声马达的光学斩波器的研制[D]. 王国珊.电子科技大学 2012
[3]中国武汉上空钠层的激光雷达观测、特性分析及理论模拟[D]. 杨国韬.中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所） 2001
本文编号：3127535
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