基于激光大气透射仪的能见度测量误差研究

发布时间：2017-09-12 14:04

  本文关键词：基于激光大气透射仪的能见度测量误差研究

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【摘要】：能见度又称为能见距离,是用来衡量大气透明度的一项重要指标,该术语广泛应用于航空气象和环境监测领域。能见度是航空领域极为重要的气象参数之一,它对航空运输安全有很大影响,能见度低于1km时就会影响飞机的起飞和降落,带来安全隐患。近年来,雨、雾、霾等低能见度天气频繁出现。现有的能见度测量仪器在上述天气条件下工作时,受复杂的气溶胶类型及多次散射现象等各种因素的影响,均具有一定的测量误差。如何减小低能见度的仪器测量误差已成为当前航空气象领域的研究热点。透射仪具备反演算法简单、低能见度测量精度高等优点,目前已成为能见度测量、气溶胶分布探测、大气探测等领域的权威工具。但是将现有的透射仪应用于我国特有的大气气溶胶环境中,依然存在不足之处。当前透射仪多选用白色LED为光源。白色LED光源与能见度定义吻合且满足人眼的视觉原理,但是在一定的测量误差范围内难以满足透射仪对长基线的要求,从而难以达到世界气象组织(WMO)观测指南中对能见度测量范围的要求。文章拟采用定域性更好的激光光源对透射仪进行改进,构成激光大气透射仪。但是激光易受能见度探测环境的影响,使用激光大气透射仪进行能见度探测依然存在一定的误差。文章从航空领域能见度测量实际需求出发,根据实际透射仪的光学参数,建立激光大气透射仪的工作模型,从气溶胶类型和多次散射两个方面对激光气溶胶传输特性的影响引起的能见度测量误差进行研究和分析,为激光大气透射仪的自主研制提供理论指导。研究结果表明:1、在激光大气透射仪的工作模型下,不同气溶胶类型对同一波长的激光衰减能力不同,同一类型气溶胶对波长不同的激光衰减能力也不同。因此,气溶胶类型复杂时,激光大气透射仪进行能见度测量,需要对透过率的测量结果进行适当修正,以减小测量误差。2、雨、雾等能见度较低的天气条件下多次散射现象明显。由于激光大气透射仪的结构特点,多次散射对能见度测量的影响能够被部分抑制,但是其测量结果与真实的能见度值仍有一定的偏差。因此需要对所得透过率进行适当修正,以降低能见度测量误差。
【关键词】：能见度 激光大气透射仪 Monte Carlo法 多次散射 气溶胶散射特性
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V321.212
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 综述10-15
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.2 国内外能见度仪器测量发展现状11-14
• 1.3 本文的主要工作及论文结构14-15
• 第二章 透射仪能见度测量理论基础15-24
• 2.1 Bouguer-Lambert定律15-16
• 2.2 激光与大气粒子间的相互作用机制16-22
• 2.2.1 单球粒子的Mie散射理论17-18
• 2.2.2 消光和散射截面18-20
• 2.2.3 散射相函数20-22
• 2.3 透射式能见度仪测量原理22-23
• 2.4 小结23-24
• 第三章 激光大气透射仪工作模型建立24-31
• 3.1 激光传输研究方法介绍24-25
• 3.2 Monte Carlo方法建立激光大气透射仪工作模型25-30
• 3.2.1 光子初始状态模型建立26-27
• 3.2.2 光子迁移过程模型建立27-28
• 3.2.3 光子接收判断模型建立28-30
• 3.3 小结30-31
• 第四章 激光大气透射仪能见度测量误差分析31-45
• 4.1 激光大气透射仪测量误差来源及分析31-33
• 4.2 气溶胶类型对透射仪能见度测量误差影响33-37
• 4.2.1 气溶胶类型及尺寸分布33-34
• 4.2.2 气溶胶粒子散射衰减计算34-35
• 4.2.3 仿真过程及结果分析35-37
• 4.3 雨、雾天气条件下多次散射对能见度测量的影响37-44
• 4.3.1 雨、雾的物理特性38-39
• 4.3.2 雨、雾的散射特性39-40
• 4.3.3 仿真过程及结果分析40-44
• 4.4 小结44-45
• 第五章 总结与展望45-47
• 参考文献47-51
• 致谢51-52
• 攻读硕士期间发表的论文52

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本文编号：837636