瑞利激光雷达反演中层大气温度算法研究
发布时间：2021-02-13 20:05
瑞利激光雷达是一种主动式大气遥感设备,具有高时空分辨率且不存在探测盲区的优点,是对中层大气温度探测的重要的手段,能够连续精确探测30-80 km高度范围内的温度。本文介绍了位于北京延庆（40.3°N,116.2°E）的子午工程激光雷达工作机制及使用其回波信号反演大气温度的Chanin-Haunchecorne方法（简称CH方法）。北京延庆子午工程激光雷达系统具有532 nm和589 nm两个通道,激光雷达同时发射波长为532 nm和589 nm的两束激光,532 nm通道是为了探测60-90 km高度范围内的大气温度,589 nm通道是为了探测35-70 km高度范围内的大气温度及80-110 km高度范围内的钠层密度。一直以来,反演中层大气温度都采用CH方法来进行。假设大气满足理想气体状态方程和流体静力学平衡,查找NRLMSISE-00大气模型获取探测上限的温度初值,通过积分运算得到大气温度。但是查找模型获得的温度初值本身不准确,导致在积分运算时引入误差,往往需要舍弃有效探测高度上限以下10 km的温度值,从而对利用激光雷达进行全空间的大气温度准确探测产生一定影响。本文改进了传统的C...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)北京市
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
北京延庆子午工程激光雷达原理图
瑞利激光雷达反演中层大气温度算法研究2.1.1 激光发射单元北京延庆子午工程激光雷达系统的激光发射单元主要由 Nd：YAG 固体激光器、染料激光器，二次倍频晶体、钠原子稳频控制器、强光分光元件、激光扩束器和带有步进电机的反射棱镜等组成。Nd：YAG 固体激光器发射的高能脉冲激光，经过第一个倍频晶体后直接得到 532 nm 脉冲激光，扩束之后垂直进入空气，剩余的高能脉冲激光经由第二个倍频晶体之后得到第二束 532 nm 脉冲激光，用于泵浦波长可调的 ND6000 染料激光器，产生 589 nm 脉冲激光。两次倍频余光复用技术充分利用了 Nd：YAG 激光器的能量，实现了同时输出 532 nm 和 589 nm 脉冲激光，能够灵活调节两束脉冲激光的能量比。北京延庆子午工程激光雷达的激光发射单元如图 2.2 所示。
第二章 北京延庆子午工程瑞利激光雷达工作机制窄带滤光片等组成，是用来接收脉冲激光与大气中的目标物相互作用生成的回波信号。其中，大口径望远镜接收中层大气瑞利散射信号和钠层共振荧光散射信号，通过窄带滤波片抑制了其他波长的光信号，保留了目标信号。信号发射单元和信号接收单元采用离轴式分布，两者相距约 6 m，这样做抑制了背景噪声，保护了光电倍增管。北京延庆子午工程激光雷达的信号接收单元如图 2.3 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]绝对测温转动拉曼激光雷达分光系统设计及性能[J]. 李启蒙,李仕春,秦宇丽,胡向龙,赵静,宋跃辉,华灯鑫. 物理学报. 2018(01)
[2]十个重大科技基础设施项目优先布局[J]. 红外. 2017(02)
[3]瑞利激光雷达探测北京上空中间层低逆温层[J]. 陈林祥,杨国韬,王继红,程学武,岳川. 空间科学学报. 2017(01)
[4]差分吸收激光雷达监测北京灰霾天臭氧时空分布特征[J]. 范广强,张天舒,付毅宾,董云升,陈臻懿,刘建国,刘文清. 中国激光. 2014(10)
[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]中层大气重力波的全球分布特征[J]. 张云,熊建刚,万卫星. 地球物理学报. 2011(07)
[7]大气环境监测激光雷达数据采集系统[J]. 文斐,梁福田,夏龙生,高昕,金革. 核电子学与探测技术. 2011(03)
[8]钠荧光多普勒激光雷达测量中间层顶区域大气温度[J]. 胡雄,闫召爱,郭商勇,程永强,龚建村. 科学通报. 2011(03)
[9]激光雷达技术及其在大气环境监测中的应用[J]. 陈士英,张平贵,卢俊平. 内蒙古科技与经济. 2010(02)
[10]激光雷达在气象和大气环境监测中的应用[J]. 尹青,何金海,张华. 气象与环境学报. 2009(05)
博士论文
[1]武汉上空中层大气的瑞利激光雷达观测与研究[D]. 常启海.中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所） 2005
硕士论文
[1]北京上空低中间层逆温层现象探测研究[D]. 陈林祥.中国科学院国家空间科学中心 2016
[2]北京上空中层大气的瑞利激光雷达观测与研究[D]. 岳川.中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心) 2015
[3]南京上空中层大气瑞利激光雷达探测研究[D]. 田力.南京信息工程大学 2012
本文编号：3032509
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)北京市
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
北京延庆子午工程激光雷达原理图
瑞利激光雷达反演中层大气温度算法研究2.1.1 激光发射单元北京延庆子午工程激光雷达系统的激光发射单元主要由 Nd：YAG 固体激光器、染料激光器，二次倍频晶体、钠原子稳频控制器、强光分光元件、激光扩束器和带有步进电机的反射棱镜等组成。Nd：YAG 固体激光器发射的高能脉冲激光，经过第一个倍频晶体后直接得到 532 nm 脉冲激光，扩束之后垂直进入空气，剩余的高能脉冲激光经由第二个倍频晶体之后得到第二束 532 nm 脉冲激光，用于泵浦波长可调的 ND6000 染料激光器，产生 589 nm 脉冲激光。两次倍频余光复用技术充分利用了 Nd：YAG 激光器的能量，实现了同时输出 532 nm 和 589 nm 脉冲激光，能够灵活调节两束脉冲激光的能量比。北京延庆子午工程激光雷达的激光发射单元如图 2.2 所示。
第二章 北京延庆子午工程瑞利激光雷达工作机制窄带滤光片等组成，是用来接收脉冲激光与大气中的目标物相互作用生成的回波信号。其中，大口径望远镜接收中层大气瑞利散射信号和钠层共振荧光散射信号，通过窄带滤波片抑制了其他波长的光信号，保留了目标信号。信号发射单元和信号接收单元采用离轴式分布，两者相距约 6 m，这样做抑制了背景噪声，保护了光电倍增管。北京延庆子午工程激光雷达的信号接收单元如图 2.3 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]绝对测温转动拉曼激光雷达分光系统设计及性能[J]. 李启蒙,李仕春,秦宇丽,胡向龙,赵静,宋跃辉,华灯鑫. 物理学报. 2018(01)
[2]十个重大科技基础设施项目优先布局[J]. 红外. 2017(02)
[3]瑞利激光雷达探测北京上空中间层低逆温层[J]. 陈林祥,杨国韬,王继红,程学武,岳川. 空间科学学报. 2017(01)
[4]差分吸收激光雷达监测北京灰霾天臭氧时空分布特征[J]. 范广强,张天舒,付毅宾,董云升,陈臻懿,刘建国,刘文清. 中国激光. 2014(10)
[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]中层大气重力波的全球分布特征[J]. 张云,熊建刚,万卫星. 地球物理学报. 2011(07)
[7]大气环境监测激光雷达数据采集系统[J]. 文斐,梁福田,夏龙生,高昕,金革. 核电子学与探测技术. 2011(03)
[8]钠荧光多普勒激光雷达测量中间层顶区域大气温度[J]. 胡雄,闫召爱,郭商勇,程永强,龚建村. 科学通报. 2011(03)
[9]激光雷达技术及其在大气环境监测中的应用[J]. 陈士英,张平贵,卢俊平. 内蒙古科技与经济. 2010(02)
[10]激光雷达在气象和大气环境监测中的应用[J]. 尹青,何金海,张华. 气象与环境学报. 2009(05)
博士论文
[1]武汉上空中层大气的瑞利激光雷达观测与研究[D]. 常启海.中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所） 2005
硕士论文
[1]北京上空低中间层逆温层现象探测研究[D]. 陈林祥.中国科学院国家空间科学中心 2016
[2]北京上空中层大气的瑞利激光雷达观测与研究[D]. 岳川.中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心) 2015
[3]南京上空中层大气瑞利激光雷达探测研究[D]. 田力.南京信息工程大学 2012
本文编号：3032509
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