多参量气象观测激光雷达系统设计与实现
发布时间：2020-05-01 12:39
【摘要】：对流层以下的大气中气溶胶含量、大气温度及相对湿度等气象参数的变化,会直接影响人类的生产和生活,且这些气象参数可以用于预测天气变化和环境变化。因此,气象参数探测显的尤为重要。针对气象参数的探测方法众多,其中激光雷达作为一种有效探测手段已被广泛使用。目前,所使用探测气象参数的激光雷达系统,多是应用在实验室条件下搭建的分立探测系统,在实验室搭建的探测系统难以实现全天时探测,且容易受到众多环境因素的影响,例如:环境的温度、振动、冲击水平等。因此,需要设计一套性能稳定、可用于全天时、连续观测的可移动式气象观测激光雷达系统。论文以本课题组前期理论研究与实验系统为基础,设计了一套气象观测激光雷达系统。论文的主要研究内容包括:依据米散射和拉曼散射原理,结合激光雷达技术,利用模块化设计理念,开展了气象观测激光雷达系统结构设计与优化,主要针对雷达系统中的发射子系统、接收子系统、分光子系统和光电探测子系统进行了特殊设计。利用有限元分析的方法分析所设计结构的机械特性,主要分析光机结构的温度特性和频率特性,温度特性分析在于判断所设计结构在环境温度改变下,结构的机械性能变化情况;频率特性分析的目的是评定在移动该设备时,设备能否满足二级公路抗震要求。以光栅光谱仪提取的光谱为依据,利用所设计的调节机构调试分光系统;对激光雷达同轴的调节先利用反光板对系统的同轴做粗调,在此基础上根据回波信号对系统同轴做精细调节。最终利用稳定的框架结构将子系统整合为一套系统,并根据气溶胶含量、大气温度及相对湿度全天时观测的设计需求,对所搭建的框架结构进行了封装设计。利用构建的气象观测激光雷达系统开展了全天时观测,并对实验观测数据分析处理,利用大气中存在较为稳定的氮气信号为依据,判定系统稳定性。该系统经过十个月的测试,在不同天气情况下氮气通道探测高度均可达到5km左右,系统性能稳定。探测结果表明,所设计的系统可以实现对气溶胶信号和转动拉曼测温信号全天时探测,探测高度优于5km,振动拉曼测水汽信号白天探测高度在2km夜间探测高度为3km左右。
【图文】：
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本文编号：2646653
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