中红外差分吸收激光雷达控制软件和实验研究

发布时间：2020-04-30 00:53

【摘要】：差分吸收激光雷达以其高空间分辨率、扫描速度快、高探测灵敏度等特点,广泛应用于大气、海洋和陆地的遥感探测,在大气检测领域,可对大范围分布的痕量气体浓度进行实时测量;中红外波段覆盖了众多无机分子及有机分子的吸收峰,在大气污染探测方面具有很大的潜在优势,可充分利用污染气体在中红外波段大气典型窗口吸收特性,研制新型激光雷达测污技术。作为近些年来测量空气污染气体排放的新手段,中红外差分吸收激光雷达的研究对大气污染的监测、治理至关重要。本文基于中红外差分吸收激光雷达(MI-DIAL)系统研发,研究了基于差分吸收激光雷达原理的系统数据采集和实验。本文基于差分吸收激光雷达原理,介绍了中红外差分吸收激光雷达系统理论依据、系统结构及各部分设计参数及系统工作流程。在Labview编译环境下,基于系统算法开发了数据采集软件,将脉冲累加平均、五点滑动平滑结合多重相关检测法对回波信号进行处理,实时显示测量气体浓度信息。对系统本底噪声的扣除结果表明,结合上述反演方法可以有效地抑制噪声,并且有利于有效信号的提取。在数据采集和数据反演方法的基础上,本文设计了中红外差分吸收激光雷达系统控制软件,将数据采集、数据反演、数据显示、数值仿真模块和扫描头控制模块集成,界面设计合理,操作方便。在此控制软件的基础上,开展了一系列验证原理样机系统探测能力硬靶实验,有效评估了系统探测能力,结果表明,实验系统可测到1km内硬靶回波信号、60m大气气溶胶回波信号、烟雾和水雾回波信号,信号处理结果证实了数据采集程序和反演方法可有效消除误差。同时,将多次吸收池光谱实验所测二氧化氮吸收光谱与HITRAN数据库二氧化氮模拟光谱进行比较,相关性达到92.01%,并基于此,在所测吸收光谱上对二氧化氮测量波长对进行选择,选取了 3.414μm、3.424μm分别作为OFF、ON测量波长。
【图文】：

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逦南京信息工程大学硕士学位论文实现流程、程序框图实现方式，详细解释了各模块核心函数，并将数据采集、扫描制采用状态机机制集成。逡逑第五章，实验研究，首先介绍二氧化氮吸收光谱测量实验，基于模拟吸收光谱测吸收光谱一致性，选择二氧化氮测量波长对；其次，展开中红外差分吸收激光雷理样机探测能力实验，分析不同硬靶回波信号及水雾、烟雾及１．５ｋｍ气溶胶回波信验证中红外差分吸收激光雷达探测性能，结合实际测量信号，，应用信号预处理方法，除了系统随机误差。逡逑第六章，总结与展望。逡逑为便于广大学者了解本文研宄框架，整合论文内容，制作了全文技术路线图，１．邋１所示。逡逑￣＾逡逑

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波信号衰减不同，同时，气溶胶和空气中气体分子对这两束不同波长的光具有基本相同逡逑的散射能力，检测这两束反射光的强度差就可计算出被测气体在大气中的度大小。探逡逑测原理如图２．１所示。在实际应用中，为消除诸多干扰对吸收效应的影响，所选取的波逡逑长对波长需尽量相近。逡逑７逡逑
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X831

【参考文献】