大气温、湿度探测拉曼激光雷达的研究与设计

发布时间：2018-01-10 07:13

本文关键词：大气温、湿度探测拉曼激光雷达的研究与设计　出处：《北方民族大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：对流层以下的大气温度、相对湿度的变化与人类的生产和生活密切相关,特别是近年来探讨最多的温室效应及热岛效应。大量的研究、实验表明,大气气溶胶浓度等参数主要受到大气温度和相对湿度的影响,因此,地面垂直高度的大气温度和相对湿度的探测对于研究大气环境和人类健康具有重要意义,并且可以为天气预报和环境检测等部门提供有价值的大气相关数据信息。本文依托北方民族大学电气信息工程学院激光雷达实验室,根据转动拉曼散射的温度探测机理以及振动拉曼散射探测水汽的原理,设计了一套基于窄带干涉滤波片分光的拉曼激光雷达系统。在该系统中,Nd:YAG脉冲激光器发出二倍频532nm的脉冲激光束,经准直扩束后垂直射向大气,激光和大气中的气体分子以及粒子相互作用后得到后向散射回波信号通过望远镜接收,经过透镜汇聚后被耦合进多模光纤MMF传输,经透镜准直后,入射到分光部分。在分光系统中,光束被分为四路,分别为660nm水汽振动拉曼通道、607nm氮气振动拉曼通道,以及529nm和530nm高、低量子数转动拉曼通道。其中,前两个通道用于反演水汽混合比,后两个通道用于反演大气温度。在温度探测通道中,通过对分光系统的设计,实现了对米-瑞利弹性散射信号的高精度抑制以及对微弱转动拉曼信号和振动拉曼信号的高精细提取。在本系统中,所有光电探测器将接收的光信号转换为电信号输出,经信号放大器后由数据采集与处理系统进行接收处理。该系统的光电倍增管都工作在模拟测量方式,其输出端直接与高增益低噪音的高速放大电路相连,起到阻抗匹配及信号放大的作用,检测子系统时间响应低于300ns(对应空间分辨率为45m)。此外,基于labview开发环境,本文设计了一套数据采集、处理与显示系统,实现了大气温度廓线、水汽混合比及相对湿度的采集、处理以及显示。为了验证该系统的可行性,在宁夏银川市内北方民族大学17号教学楼5楼实验室(E'06106。,N'2938。)开展了大量探测实验。实验中,系统数据采集时间设定为16分钟左右,累加激光脉冲数为10000。实验结果分析表明,本系统温度有效探测高度为夜间0.3到3.5km。湿度的有效探测高度为白天0.3到3km,夜间0.3到4.5km。
[Abstract]:A kind of Raman lidar system based on narrow - band interference filter is designed . In this system , the output end of the system is directly connected with high - gain low - noise high - speed amplifying circuit . In the experiment , the data acquisition time of the system is set to about 16 minutes , and the number of accumulated laser pulses is 10000 . The experimental results show that the effective detection height of the system is 0.3 to 3.5km at night . The effective detection height of humidity is 0.3 to 3 km in the day and 0.3 to 4.5 km at night .

【学位授予单位】：北方民族大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN958.98

【参考文献】