基于侧向散射激光雷达的PM2.5浓度反演机制研究
发布时间：2021-03-23 11:49
本文针对侧向散射激光雷达与大气PM2.5浓度反演机制作出了以下研究:（1）介绍了研究PM2.5的背景和主要意义、PM2.5浓度测量的几种主流方法和原理;详细讲述了激光雷达与大气探测的国内外的研究现状。（2）介绍了高斯光束在介质中的传播特征和物理参数;描述了大气气溶胶的组成和形态,激光与气溶胶之间三种散射方式,重点讲述了单个球形粒子对激光的Mie散射理论。（3）建立了蒙特卡罗米散射模型,根据实验装置中的参数严格设置基于侧向散射回波信号光强分布的蒙特卡罗散射模拟方法程序的参数。在蒙特卡罗程序中设置不同的校正因子g,仿真得到不同的g对应的光强分布和SPF值分布曲线,与回波信号光强分布和SPF值分布结果进行对比表明,当g取0.9时,两者的结果一致性较好;进一步取g从0.86到0.95以0.01为间隔,10个仿真结果表明,接收检测器上的光子总数与光子和粒子发生散射的次数几乎成正比;同时取220个实验采集数据,拟合T（0）与PM2.5浓度的关系,实验结果与仿真结果一致,因此该方法非常适合模拟侧向散射激光雷达水平探测大气气溶胶时的光强分布,特别对PM2.5浓度相关特征值S（i）的算法思路设计提供了指...
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
射线法装置图
图 1.3 TEOM结构图[9]属于一种间接测量方法，PM2.5浓度的测量是基于M境中温度和湿度会对测量结果产生较大的影响[10]，空气光束相互作用，在各个方向产生散射光，从其中一个方理。当大气各种组成成分占的比例不变且成分的性质不与接收处理后的散射光能量之间存在一定的关系。因此取合适的散射光接收视场和出射激光光束波长后，通过光能量，就可以计算出颗粒物的质量浓度，根据 PM2.5的浓度值。光散射测量法的优点是原理简单、便于携带果较为准确，因此光散射测量法渐渐地成为了监测 是以激光雷达技术为核心测量 浓度，光散射测量统，激光器作为发射单元，当激光向大气出射并且在大射，散射，吸收等作用，其中散射是十分重要的过程。内的散射光进行接收，从而就收集了大气颗粒物相应的信息，最后借助计算机进行科学分析计算出 浓度
图 1.5 自行研制的（a）后向散射激光雷达和（b）侧向激光雷达装置 本文的主要研究工作及结构下面是整篇文章在研究内容上的结构布局：第一章：介绍了研究PM2.5的背景和主要意义、 浓度测量的几种主流方法和原讲述了激光雷达与大气的国内外的研究现状。第二章：介绍了高斯光束在介质中的传播特征和物理参数；描述了大气气溶胶的组与气溶胶之间三种散射方式，重点讲述了单个球形粒子对激光的 Mie 散射理论。第三章：建立了蒙特卡罗米散射模型，在蒙特卡罗模拟程序中设置不同的校正因子拟程序得到的光强分布、SPF 值分布曲线、不同介质浓度与接收光子数的仿真结果果进行对比，为 PM2.5 浓度相关特征值 S(i)的算法思路设计提供了指导。第四章：搭建了 CCD 侧向散射激光雷达实验系统，设置 CCD 在不同增益下，将获散射回波信号图与 BAM-1020 颗粒物监测仪记录的 PM2.5 浓度对应，建立高、低增级模型关系式。将高、低增益各等级模型的 PM2.5 预测值与实际测量结果对比，通差、残差方差、综合偏差率等统计量对测量误差进行分析，确定了最佳反演精度模和等级 i 值。最后设计了一种能够有效消除空气湿度对反演 PM2.5 浓度的影响、并
【参考文献】：
期刊论文
[1]近地面PM2.5质量浓度廓线反演方法及个例研究[J]. 陶宗明,单会会,麻晓敏,赵素贵,张辉,史博,刘东,谢晨波,王英俭. 激光与光电子学进展. 2015(11)
[2]基于光散射法的PM2.5全自动检测仪的实现[J]. 周向阳,张雅琴,刘丽. 光电技术应用. 2015(04)
[3]基于侧向散射技术的近地面气溶胶后向散射系数廓线探测[J]. 史博,陶宗明,麻晓敏,单会会,赵素贵,刘东,谢晨波. 光学学报. 2015(05)
[4]大气PM2.5浓度的光散射测定法及湿度校正[J]. 徐春雨,王秦,李娜,林夏,徐东群. 环境与健康杂志. 2015(02)
[5]基于CCD后向散射激光信号的PM2.5测量研究[J]. 胡淼,谢家亮,吴端法,曾嵘,李齐良,周雪芳,钱正丰,魏一振,项震,蔡炬. 光学学报. 2015(02)
[6]基于CCD的侧向激光雷达系统研制及探测个例[J]. 陶宗明,刘东,麻晓敏,陈向春,王珍珠,谢晨波,王英俭. 红外与激光工程. 2014(10)
[7]PM2.5重量法现场测量技术研究[J]. 刘含笑,朱少平,姚宇平,郦建国,陈黎,方小伟. 电力与能源. 2014(05)
[8]基于CCD的侧向散射激光雷达信号提取方法[J]. 麻晓敏,陶宗明,马明俊,李成军,王珍珠,刘东,谢晨波,王英俭. 光学学报. 2014(02)
[9]双波长激光雷达探测典型雾霾气溶胶的光学和吸湿性质[J]. 伯广宇,刘东,吴德成,王邦新,钟志庆,谢晨波,周军. 中国激光. 2014(01)
[10]基于β射线吸收法的PM2.5测量技术的研究[J]. 赵鑫,潘晋孝,刘宾,陈平. 电子技术应用. 2013(09)
硕士论文
[1]激光雷达结构设计及精度分析[D]. 朱晓凯.西安电子科技大学 2014
[2]大气气溶胶粒子散射对激光大气传输影响的研究[D]. 李丽芳.中北大学 2013
[3]单、双基地激光雷达光学接收系统设计[D]. 蒋克丽.西安电子科技大学 2008
[4]CCD信号数据采集及处理[D]. 颜伟彬.华中科技大学 2004
本文编号：3095737
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
射线法装置图
图 1.3 TEOM结构图[9]属于一种间接测量方法，PM2.5浓度的测量是基于M境中温度和湿度会对测量结果产生较大的影响[10]，空气光束相互作用，在各个方向产生散射光，从其中一个方理。当大气各种组成成分占的比例不变且成分的性质不与接收处理后的散射光能量之间存在一定的关系。因此取合适的散射光接收视场和出射激光光束波长后，通过光能量，就可以计算出颗粒物的质量浓度，根据 PM2.5的浓度值。光散射测量法的优点是原理简单、便于携带果较为准确，因此光散射测量法渐渐地成为了监测 是以激光雷达技术为核心测量 浓度，光散射测量统，激光器作为发射单元，当激光向大气出射并且在大射，散射，吸收等作用，其中散射是十分重要的过程。内的散射光进行接收，从而就收集了大气颗粒物相应的信息，最后借助计算机进行科学分析计算出 浓度
图 1.5 自行研制的（a）后向散射激光雷达和（b）侧向激光雷达装置 本文的主要研究工作及结构下面是整篇文章在研究内容上的结构布局：第一章：介绍了研究PM2.5的背景和主要意义、 浓度测量的几种主流方法和原讲述了激光雷达与大气的国内外的研究现状。第二章：介绍了高斯光束在介质中的传播特征和物理参数；描述了大气气溶胶的组与气溶胶之间三种散射方式，重点讲述了单个球形粒子对激光的 Mie 散射理论。第三章：建立了蒙特卡罗米散射模型，在蒙特卡罗模拟程序中设置不同的校正因子拟程序得到的光强分布、SPF 值分布曲线、不同介质浓度与接收光子数的仿真结果果进行对比，为 PM2.5 浓度相关特征值 S(i)的算法思路设计提供了指导。第四章：搭建了 CCD 侧向散射激光雷达实验系统，设置 CCD 在不同增益下，将获散射回波信号图与 BAM-1020 颗粒物监测仪记录的 PM2.5 浓度对应，建立高、低增级模型关系式。将高、低增益各等级模型的 PM2.5 预测值与实际测量结果对比，通差、残差方差、综合偏差率等统计量对测量误差进行分析，确定了最佳反演精度模和等级 i 值。最后设计了一种能够有效消除空气湿度对反演 PM2.5 浓度的影响、并
【参考文献】：
期刊论文
[1]近地面PM2.5质量浓度廓线反演方法及个例研究[J]. 陶宗明,单会会,麻晓敏,赵素贵,张辉,史博,刘东,谢晨波,王英俭. 激光与光电子学进展. 2015(11)
[2]基于光散射法的PM2.5全自动检测仪的实现[J]. 周向阳,张雅琴,刘丽. 光电技术应用. 2015(04)
[3]基于侧向散射技术的近地面气溶胶后向散射系数廓线探测[J]. 史博,陶宗明,麻晓敏,单会会,赵素贵,刘东,谢晨波. 光学学报. 2015(05)
[4]大气PM2.5浓度的光散射测定法及湿度校正[J]. 徐春雨,王秦,李娜,林夏,徐东群. 环境与健康杂志. 2015(02)
[5]基于CCD后向散射激光信号的PM2.5测量研究[J]. 胡淼,谢家亮,吴端法,曾嵘,李齐良,周雪芳,钱正丰,魏一振,项震,蔡炬. 光学学报. 2015(02)
[6]基于CCD的侧向激光雷达系统研制及探测个例[J]. 陶宗明,刘东,麻晓敏,陈向春,王珍珠,谢晨波,王英俭. 红外与激光工程. 2014(10)
[7]PM2.5重量法现场测量技术研究[J]. 刘含笑,朱少平,姚宇平,郦建国,陈黎,方小伟. 电力与能源. 2014(05)
[8]基于CCD的侧向散射激光雷达信号提取方法[J]. 麻晓敏,陶宗明,马明俊,李成军,王珍珠,刘东,谢晨波,王英俭. 光学学报. 2014(02)
[9]双波长激光雷达探测典型雾霾气溶胶的光学和吸湿性质[J]. 伯广宇,刘东,吴德成,王邦新,钟志庆,谢晨波,周军. 中国激光. 2014(01)
[10]基于β射线吸收法的PM2.5测量技术的研究[J]. 赵鑫,潘晋孝,刘宾,陈平. 电子技术应用. 2013(09)
硕士论文
[1]激光雷达结构设计及精度分析[D]. 朱晓凯.西安电子科技大学 2014
[2]大气气溶胶粒子散射对激光大气传输影响的研究[D]. 李丽芳.中北大学 2013
[3]单、双基地激光雷达光学接收系统设计[D]. 蒋克丽.西安电子科技大学 2008
[4]CCD信号数据采集及处理[D]. 颜伟彬.华中科技大学 2004
本文编号：3095737
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