气体瑞利-布里渊散射包络谱线解耦方法及实验研究

发布时间：2023-01-25 22:30

　　激光雷达在大气探测中以其高探测灵敏度、高时间和空间分辨率的特点,逐渐成为大气主动遥感的有力工具,基于瑞利散射的激光雷达大气温度廓线探测以其高信噪比的特点引起了研究员的广泛关注。但是通常激光雷达回波信号中除去由温度引起的瑞利散射以外,还存在由压力引起的布里渊散射,二者混合叠加形成瑞利-布里渊散射包络谱,使得基于瑞利散射的激光雷达大气温度廓线探测出现困难。目前公认描述瑞利-布里渊散射包络谱线最好的数学模型为S6模型,但是模型不存在解析解,且仅描述瑞利-布里渊散射包络光谱整体外部廓线,无法分离由温度引起的瑞利散射与压力引起的布里渊散射,降低了大气参量的反演精度。为提高激光雷达大气温度的绝对探测精度,文中采用三个高斯函数线性叠加的方式描述瑞利-布里渊散射包络谱外部廓线,且该模型中拥有独立的瑞利散射解析与布里渊散射解析式,能够解耦包络谱线中瑞利散射谱线与布里渊散射谱线。模型可以实现反演气体的温度与压力的功能,通过选取瑞利-布里渊散射包络谱线上四个离散的信息点带入模型中求解未知参量后,利用得到与温度相关的瑞利散射谱线与压力相关的布里渊散射谱线分别计算获得气体的温度值与压力值。为验证模型在激光雷达探... 

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 论文的研究内容以及章节安排
2 瑞利-布里渊散射理论
    2.1 气体散射特性
    2.2 瑞利-布里渊散射
        2.2.1 瑞利-布里渊散射区域划分
        2.2.2 自发布里渊散射
        2.2.3 S6 模型碰撞模型
    2.3 基于瑞利散射气体温度探测理论
    2.4 本章小结
3 瑞利-布里渊散射谱线解耦方法
    3.1 建立瑞利-布里渊散射包络谱线解耦模型
    3.2 模型分析
    3.3 瑞利-布里渊散射谱线特征参数反演
    3.4 本章小结
4 实验系统搭建与优化
    4.1 瑞利-布里渊散射谱线实验探测系统
        4.1.1 激光器锁频
        4.1.2 大气环境模型散射池
        4.1.3 基于扫描式固体腔Fabry-Perot干涉仪的分光系统
        4.1.4 散射信号数据接收系统
    4.2 实验系统可行性验证
    4.3 本章小结
5 空气瑞利-布里渊散射包络谱线探测及谱线解耦
    5.1 空气瑞利-布里渊散射包络谱线探测
        5.1.1 恒定压力不同温度状态下空气瑞利-布里渊散射包络谱线探测
        5.1.2 恒定温度不同压力状态下空气瑞利-布里渊散射包络谱线探测
    5.2 抑制空气瑞利-布里渊散射包络谱线残余Mie散射
    5.3 瑞利-布里渊散射包络谱线解耦
        5.3.1 空气分子温度与压力反演
        5.3.2 实验瑞利-布里渊散射包络谱线解耦
        5.3.3 实验结果误差分析
    5.4 本章小结
6 总结与展望
致谢
参考文献
攻读学位期间主要研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]不同波长条件KDP晶体的非线性光学性质研究[J]. 文继斌,耿锋,黄进,王凤蕊,刘红婕,曹林洪.  人工晶体学报. 2018(02)
[2]气体自发瑞利-布里渊散射的理论分析及压强反演[J]. 商景诚,吴涛,何兴道,杨传音.  物理学报. 2018(03)
[3]纯转动拉曼激光雷达探测北京地区近地面大气温度[J]. 尚震,谢晨波,王邦新,谭敏,钟志庆,王珍珠,刘东,王英俭.  红外与激光工程. 2017(10)
[4]基于远程脉冲激光外差探测的匹配滤波过程研究[J]. 吴世松,张合勇,王挺峰,郭劲,晏春回,吕韬.  光学学报. 2018(01)
[5]气体瑞利布里渊散射的频谱分析模型[J]. 梁琨,余寅,马泳,黄珺,周波.  新型工业化. 2012(06)
[6]铌酸锂晶体中飞秒激光脉冲线性电光效应及其色散补偿[J]. 钟东洲,佘卫龙.  物理学报. 2012(06)
[7]Sagnac干涉仪中Pancharatnam-Berry位相的电光调制[J]. 杨灏,刘念华.  量子光学学报. 2011(04)

博士论文
[1]基于激光散射的海水温度遥感技术研究[D]. 任秀云.哈尔滨工业大学 2016
[2]三视场恒星识别天文导航方法研究[D]. 王昊京.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2012



本文编号：3731864