臭氧浓度探测的CCD光束成像系统设计与仿真

发布时间：2021-03-26 00:35

　　为了研究CCD光束成像技术探测臭氧浓度廓线有效探测距离及反演方法,设计了一台硬件探测系统。该系统选用266、280 nm两个波长的连续激光作为差分吸收的光源。基于激光功率、曝光时间、CCD有效接收面积、气溶胶的浓度和臭氧的浓度等主要参数,对探测信号的信噪比进行数值仿真。假设气溶胶分为清洁、污染和重污染三种情况,臭氧浓度分为低和高两种情况,仿真结果表明:在探测误差小于10%的情况下,低臭氧浓度时三种不同气溶胶的条件下,有效探测距离皆大于2 km;高臭氧浓度时,在清洁型和污染型的气溶胶条件下,有效探测距离仍大于2 km,重污染条件下的有效探测距离为1.7 km;臭氧浓度的反演结果与假设高度廓线基本一致。仿真结果有利于了解臭氧浓度廓线探测的CCD光束成像系统的最优参数设定,进而实现对臭氧浓度廓线的有效探测。 

【文章来源】：红外与激光工程. 2020,49(S2)北大核心EICSCD

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【部分图文】：

探测系统硬件示意图

从公式(1)、(2)、(4)和(5)可以看出：探测到的光子数Nλ(z,θ)与P0、A、t成正比，与H成反比，仿真结果比较简单，文中不作详细讨论；而Nλ(z,θ)与大气后向散射系数βλ(z)和臭氧的浓度D (z)关系比较复杂，不是简单的正反比关系。下面针对βλ(z)和D(z)进行分类数值仿真计算，假设气溶胶后向散射系数廓线分为清洁型、污染型和重污染型三种类型；臭氧浓度廓线分别为低浓度和高浓度两种类型，如图2、图3所示。图3 两种类型的臭氧浓度廓线

图2 三种类型的气溶胶后向散射系数廓线当曝光时间为30 s、CCD相机至激光束垂直距离为4 m时，由图2中气溶胶后向散射系数廓线和图3中臭氧浓度廓线，根据公式(7)得到266、280 nm两个波长上信噪比结果如图4和图5所示。


本文编号：3100604