紫外双波长激光雷达系统研制与信噪比分析
发布时间：2021-11-09 00:10
利用Nd…YAG激光器产生的10Hz中心波长为355nm和266nm的激光束作为光源,研制了用于对流层大气气溶胶探测的紫外双波长激光雷达,实现了气溶胶Mie散射信号在紫外波段的精细分离和提取。利用266nm信号探测气溶胶光学特性时不受太阳背景光的影响。对双波长Mie散射信号日间和夜间探测信噪比的数值仿真结果和实际探测信噪比作对比分析,得出日间探测时355nm信号的信噪比较低,夜间探测时266nm信号的信噪比较低,这与数值仿真结果一致。通过分析实际探测信噪比为10时的数据,得到该系统日间探测时266nm信号的探测高度可达2km,夜间探测时355nm信号的探测高度可达5km。利用该激光雷达对西安地区的晴天和雾霾天气进行初步探测,研究分析了晴天和雾霾天气的气溶胶光学特性、臭氧浓度和消光系数。分析了臭氧浓度对反演消光系数和Angstrom指数的影响。结果表明,臭氧浓度越大,消光系数的反演误差越大。雾霾天气气溶胶的消光系数大于晴天气溶胶的消光系数。
【文章来源】：光学学报. 2020,40(12)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图1 双波长激光雷达组成原理图
从图2可见，在5km以下，266nm和355nm信号日间的探测距离分别为3.1km和1.2km(RSN=1 0），夜间的探测距离分别为4.2km和6.4km(RSN=10）。日间355 nm信号的探测距离比266nm信号的探测距离小1.9km，夜间355nm信号的探测距离比266 nm信号的探测距离大2.2km。日间天空背景光影响355nm信号的有效探测距离，臭氧浓度影响266nm信号的有效探测距离。图3 实际探测信噪比。（a）日间探测；（b）夜间探测
图2 信噪比的仿真模拟紫外双波长激光雷达实际探测信噪比如图3所示。图3(a）的探测时间为2018年1月31日12:36，由图可知，266nm日盲信号的信噪比较高，有效探测距离可以达到1.66km。这是由于日间太阳背景光噪声对355nm信号的影响较大，有效探测距离为0.75km。图3(b）的探测时间为2018年1月31日17:25，由图可知，355nm信号的信噪比较高，有效探测距离可以达到5.2km。这是由于夜间太阳背景光噪声为零，对355nm信号无影响，激光能量较大。日间266nm信号的有效探测距离小于夜间信号的有效探测距离，说明日间臭氧浓度高于夜间。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CALIPSO卫星和地面观测资料的气溶胶垂直分布对比[J]. 罗卉卉,陈臻懿,张天舒,范广强,项衍. 中国激光. 2019(12)
[2]全天时多波长激光雷达系统研制与信噪比分析[J]. 赵虎,华灯鑫,狄慧鸽,侯晓龙,阎蕾洁,毛建东. 中国激光. 2015(01)
[3]多波长激光雷达探测多种天气气溶胶光学特性与分析[J]. 狄慧鸽,侯晓龙,赵虎,阎蕾洁,卫鑫,赵欢,华灯鑫. 物理学报. 2014(24)
[4]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)
[5]米散射激光雷达重叠因子及全程回波信号标定技术研究[J]. 狄慧鸽,华灯鑫,王玉峰,闫庆. 物理学报. 2013(09)
[6]三波长拉曼偏振激光雷达系统研制及探测个例[J]. 刘东,陶宗明,吴德成,王珍珠,王邦新,钟志庆,伯广宇,谢晨波,周军,王英俭. 光学学报. 2013(02)
[7]基于光纤F-P滤波器全光纤水汽拉曼激光雷达系统的设计与分析[J]. 王玉峰,华灯鑫,王红伟,狄慧鸽. 量子电子学报. 2013(01)
[8]探测云和气溶胶的机载双波长偏振激光雷达[J]. 伯广宇,刘东,王邦新,吴德成,钟志庆. 中国激光. 2012(10)
[9]双波长米散射激光雷达探测对流层气溶胶消光特性[J]. 迟如利,吴德成,刘博,周军. 光谱学与光谱分析. 2009(06)
[10]探测气溶胶消光特性的双波长米散射激光雷达[J]. 迟如利,吴德成,刘博,钟志庆,周军. 大气与环境光学学报. 2008(03)
硕士论文
[1]大气气溶胶探测小型Mie散射激光雷达系统的设计[D]. 徐黎明.西安理工大学 2008
本文编号：3484271
【文章来源】：光学学报. 2020,40(12)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图1 双波长激光雷达组成原理图
从图2可见，在5km以下，266nm和355nm信号日间的探测距离分别为3.1km和1.2km(RSN=1 0），夜间的探测距离分别为4.2km和6.4km(RSN=10）。日间355 nm信号的探测距离比266nm信号的探测距离小1.9km，夜间355nm信号的探测距离比266 nm信号的探测距离大2.2km。日间天空背景光影响355nm信号的有效探测距离，臭氧浓度影响266nm信号的有效探测距离。图3 实际探测信噪比。（a）日间探测；（b）夜间探测
图2 信噪比的仿真模拟紫外双波长激光雷达实际探测信噪比如图3所示。图3(a）的探测时间为2018年1月31日12:36，由图可知，266nm日盲信号的信噪比较高，有效探测距离可以达到1.66km。这是由于日间太阳背景光噪声对355nm信号的影响较大，有效探测距离为0.75km。图3(b）的探测时间为2018年1月31日17:25，由图可知，355nm信号的信噪比较高，有效探测距离可以达到5.2km。这是由于夜间太阳背景光噪声为零，对355nm信号无影响，激光能量较大。日间266nm信号的有效探测距离小于夜间信号的有效探测距离，说明日间臭氧浓度高于夜间。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CALIPSO卫星和地面观测资料的气溶胶垂直分布对比[J]. 罗卉卉,陈臻懿,张天舒,范广强,项衍. 中国激光. 2019(12)
[2]全天时多波长激光雷达系统研制与信噪比分析[J]. 赵虎,华灯鑫,狄慧鸽,侯晓龙,阎蕾洁,毛建东. 中国激光. 2015(01)
[3]多波长激光雷达探测多种天气气溶胶光学特性与分析[J]. 狄慧鸽,侯晓龙,赵虎,阎蕾洁,卫鑫,赵欢,华灯鑫. 物理学报. 2014(24)
[4]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)
[5]米散射激光雷达重叠因子及全程回波信号标定技术研究[J]. 狄慧鸽,华灯鑫,王玉峰,闫庆. 物理学报. 2013(09)
[6]三波长拉曼偏振激光雷达系统研制及探测个例[J]. 刘东,陶宗明,吴德成,王珍珠,王邦新,钟志庆,伯广宇,谢晨波,周军,王英俭. 光学学报. 2013(02)
[7]基于光纤F-P滤波器全光纤水汽拉曼激光雷达系统的设计与分析[J]. 王玉峰,华灯鑫,王红伟,狄慧鸽. 量子电子学报. 2013(01)
[8]探测云和气溶胶的机载双波长偏振激光雷达[J]. 伯广宇,刘东,王邦新,吴德成,钟志庆. 中国激光. 2012(10)
[9]双波长米散射激光雷达探测对流层气溶胶消光特性[J]. 迟如利,吴德成,刘博,周军. 光谱学与光谱分析. 2009(06)
[10]探测气溶胶消光特性的双波长米散射激光雷达[J]. 迟如利,吴德成,刘博,钟志庆,周军. 大气与环境光学学报. 2008(03)
硕士论文
[1]大气气溶胶探测小型Mie散射激光雷达系统的设计[D]. 徐黎明.西安理工大学 2008
本文编号：3484271
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