新型LED光源雷达大气气溶胶探测技术研究与实验观测
发布时间：2022-02-15 18:13
气溶胶作为重要的大气成分,对地气系统的辐射平衡、大气化学过程、能见度、气体成分以及空气质量等有着重要影响,其含量变化与人类的生活和生产息息相关,为了研究气溶胶的特性,需要对其时间和空间分布进行观测。LED光源雷达大气气溶胶探测技术,具有LED丰富的波长及较小距离的探测盲区的优势,对于研究气溶胶在不同波长下的光学特性以及在低空大气中的含量和时空分布特性,具有重要的学术意义与科学研究价值。论文针对底层不同波段下的大气气溶胶探测需求,提出并开展了基于LED光源的新型气溶胶探测雷达技术的研究。研究并设计了一种可用于气溶胶探测雷达的新型脉冲LED遥感光源,在此基础上,根据气溶胶Mie散射遥感探测原理,设计并研发了一套基于大功率LED光源的新型单波长雷达系统,并在西安上空开展气溶胶夜间观测实验与分析,获得了大气气溶胶的时空分布廓线,验证了该雷达系统的探测性能及可行性。为研究气溶胶光学与微物理特性的需要,提出并研制了一种基于白光LED光源的新型多波长气溶胶探测雷达系统,并在夜间开展了气溶胶的多波长同步观测实验。新型LED光源气溶胶探测雷达系统的研制,丰富了现有以脉冲激光为光源的光学主动遥感探测技术,...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
气溶胶颗粒尺寸分布
绪论5（a）结构示意图（b）实物图图1-2LED迷你雷达Fig.1-2LEDminilidar该雷达采用中心波长为392nm的LED作为光源，LED在脉冲振荡电路驱动下，发出脉冲宽度10.2ns、重复频率112kHz的脉冲光束，其输出功率为100mW，对应单脉冲能量为1nJ。系统采用共轴发射接收模式，使用了一片口径190mm、焦距140mm的菲涅耳透镜来准直LED发出的光线，同时接收后向散射回波。将LED放置在菲涅耳透镜的焦距内，得到透射光束直径为60mm，光束发散角为9.5mrad。后向散射信号通过菲涅耳透镜，被光轴上带孔的镜面反射，聚焦入小孔光阑，经干涉滤光片分光后，由光电倍增管进行光电转换，利用光子计数器采集回波信号。该雷达可以实现夜间200m范围内的气溶胶探测。为了提高LED雷达的性能，研究者在第一台LED光源雷达的基础上作了改进，增加了菲涅尔透镜的焦距，将发散角控制在3mrad，发射的LED光束直径为120mm，重复频率为120kHz，接收口径为250mm，视场角3mrad。改进后的LED光源雷达在白天的探测距离可达100m，夜间的探测距离可达300m，并于夜间进行了连续观测实验，得到了大气回波数据【70-73】。考虑到LED雷达的小型化，ShiinaTatsuo等学者又在2013年设计搭建了一款双轴LED光源雷达，如图1-3所示。图1-3双轴LED光源雷达Fig.1-3BiaxialLEDlightsourceradar
绪论5（a）结构示意图（b）实物图图1-2LED迷你雷达Fig.1-2LEDminilidar该雷达采用中心波长为392nm的LED作为光源，LED在脉冲振荡电路驱动下，发出脉冲宽度10.2ns、重复频率112kHz的脉冲光束，其输出功率为100mW，对应单脉冲能量为1nJ。系统采用共轴发射接收模式，使用了一片口径190mm、焦距140mm的菲涅耳透镜来准直LED发出的光线，同时接收后向散射回波。将LED放置在菲涅耳透镜的焦距内，得到透射光束直径为60mm，光束发散角为9.5mrad。后向散射信号通过菲涅耳透镜，被光轴上带孔的镜面反射，聚焦入小孔光阑，经干涉滤光片分光后，由光电倍增管进行光电转换，利用光子计数器采集回波信号。该雷达可以实现夜间200m范围内的气溶胶探测。为了提高LED雷达的性能，研究者在第一台LED光源雷达的基础上作了改进，增加了菲涅尔透镜的焦距，将发散角控制在3mrad，发射的LED光束直径为120mm，重复频率为120kHz，接收口径为250mm，视场角3mrad。改进后的LED光源雷达在白天的探测距离可达100m，夜间的探测距离可达300m，并于夜间进行了连续观测实验，得到了大气回波数据【70-73】。考虑到LED雷达的小型化，ShiinaTatsuo等学者又在2013年设计搭建了一款双轴LED光源雷达，如图1-3所示。图1-3双轴LED光源雷达Fig.1-3BiaxialLEDlightsourceradar
【参考文献】：
期刊论文
[1]便携式双视场米散射激光雷达系统的研制[J]. 王界,刘文清,张天舒,李岭,高洁. 仪器仪表学报. 2019(02)
[2]大气探测激光雷达技术综述[J]. 田晓敏,刘东,徐继伟,王珍珠,王邦新,吴德成,钟志庆,谢晨波,王英俭. 大气与环境光学学报. 2018(05)
[3]成都夏季气溶胶消光特性研究[J]. 巫俊威,罗磊,杨东,徐栋夫. 高原山地气象研究. 2018(03)
[4]基于短距相干测风激光雷达的机场低空风切变观测[J]. 张洪玮,吴松华,尹嘉萍,王琪超. 红外与毫米波学报. 2018(04)
[5]雪崩三极管串联的纳秒脉冲发生器[J]. 饶俊峰,章薇,李孜,姜松. 强激光与粒子束. 2018(09)
[6]新型大气颗粒物自动换膜采样装置研究[J]. 钟琪,王文,王哲,陈文亮. 电子测量与仪器学报. 2018(04)
[7]CCD激光雷达探测白天近地面气溶胶消光系数（英文）[J]. 孙培育,苑克娥,杨杰,胡顺星. 光子学报. 2018(03)
[8]湿度修正的光散射法在现场粉尘监测中的应用[J]. 姜万录,雷亚飞,代皓东,杨超,张生. 仪器仪表学报. 2018(01)
[9]相干多普勒激光雷达风场反演方法研究与实验印证[J]. 冯长中,吴松华,刘秉义. 中国激光. 2018(04)
[10]基于移相控制的全固态高压脉冲电源设计[J]. 唐朝,赵龙章,龚嫒雯. 现代电子技术. 2017(22)
博士论文
[1]大气边界层内生物气溶胶荧光激光雷达探测技术与实验研究[D]. 饶志敏.西安理工大学 2018
硕士论文
[1]大尺寸LED光源准直透镜的设计与应用[D]. 韩敏.江苏大学 2016
[2]石家庄冬季霾天气溶胶特性的地基主被动遥感探测研究[D]. 胡明玉.中国矿业大学 2016
本文编号：3627094
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
气溶胶颗粒尺寸分布
绪论5（a）结构示意图（b）实物图图1-2LED迷你雷达Fig.1-2LEDminilidar该雷达采用中心波长为392nm的LED作为光源，LED在脉冲振荡电路驱动下，发出脉冲宽度10.2ns、重复频率112kHz的脉冲光束，其输出功率为100mW，对应单脉冲能量为1nJ。系统采用共轴发射接收模式，使用了一片口径190mm、焦距140mm的菲涅耳透镜来准直LED发出的光线，同时接收后向散射回波。将LED放置在菲涅耳透镜的焦距内，得到透射光束直径为60mm，光束发散角为9.5mrad。后向散射信号通过菲涅耳透镜，被光轴上带孔的镜面反射，聚焦入小孔光阑，经干涉滤光片分光后，由光电倍增管进行光电转换，利用光子计数器采集回波信号。该雷达可以实现夜间200m范围内的气溶胶探测。为了提高LED雷达的性能，研究者在第一台LED光源雷达的基础上作了改进，增加了菲涅尔透镜的焦距，将发散角控制在3mrad，发射的LED光束直径为120mm，重复频率为120kHz，接收口径为250mm，视场角3mrad。改进后的LED光源雷达在白天的探测距离可达100m，夜间的探测距离可达300m，并于夜间进行了连续观测实验，得到了大气回波数据【70-73】。考虑到LED雷达的小型化，ShiinaTatsuo等学者又在2013年设计搭建了一款双轴LED光源雷达，如图1-3所示。图1-3双轴LED光源雷达Fig.1-3BiaxialLEDlightsourceradar
绪论5（a）结构示意图（b）实物图图1-2LED迷你雷达Fig.1-2LEDminilidar该雷达采用中心波长为392nm的LED作为光源，LED在脉冲振荡电路驱动下，发出脉冲宽度10.2ns、重复频率112kHz的脉冲光束，其输出功率为100mW，对应单脉冲能量为1nJ。系统采用共轴发射接收模式，使用了一片口径190mm、焦距140mm的菲涅耳透镜来准直LED发出的光线，同时接收后向散射回波。将LED放置在菲涅耳透镜的焦距内，得到透射光束直径为60mm，光束发散角为9.5mrad。后向散射信号通过菲涅耳透镜，被光轴上带孔的镜面反射，聚焦入小孔光阑，经干涉滤光片分光后，由光电倍增管进行光电转换，利用光子计数器采集回波信号。该雷达可以实现夜间200m范围内的气溶胶探测。为了提高LED雷达的性能，研究者在第一台LED光源雷达的基础上作了改进，增加了菲涅尔透镜的焦距，将发散角控制在3mrad，发射的LED光束直径为120mm，重复频率为120kHz，接收口径为250mm，视场角3mrad。改进后的LED光源雷达在白天的探测距离可达100m，夜间的探测距离可达300m，并于夜间进行了连续观测实验，得到了大气回波数据【70-73】。考虑到LED雷达的小型化，ShiinaTatsuo等学者又在2013年设计搭建了一款双轴LED光源雷达，如图1-3所示。图1-3双轴LED光源雷达Fig.1-3BiaxialLEDlightsourceradar
【参考文献】：
期刊论文
[1]便携式双视场米散射激光雷达系统的研制[J]. 王界,刘文清,张天舒,李岭,高洁. 仪器仪表学报. 2019(02)
[2]大气探测激光雷达技术综述[J]. 田晓敏,刘东,徐继伟,王珍珠,王邦新,吴德成,钟志庆,谢晨波,王英俭. 大气与环境光学学报. 2018(05)
[3]成都夏季气溶胶消光特性研究[J]. 巫俊威,罗磊,杨东,徐栋夫. 高原山地气象研究. 2018(03)
[4]基于短距相干测风激光雷达的机场低空风切变观测[J]. 张洪玮,吴松华,尹嘉萍,王琪超. 红外与毫米波学报. 2018(04)
[5]雪崩三极管串联的纳秒脉冲发生器[J]. 饶俊峰,章薇,李孜,姜松. 强激光与粒子束. 2018(09)
[6]新型大气颗粒物自动换膜采样装置研究[J]. 钟琪,王文,王哲,陈文亮. 电子测量与仪器学报. 2018(04)
[7]CCD激光雷达探测白天近地面气溶胶消光系数（英文）[J]. 孙培育,苑克娥,杨杰,胡顺星. 光子学报. 2018(03)
[8]湿度修正的光散射法在现场粉尘监测中的应用[J]. 姜万录,雷亚飞,代皓东,杨超,张生. 仪器仪表学报. 2018(01)
[9]相干多普勒激光雷达风场反演方法研究与实验印证[J]. 冯长中,吴松华,刘秉义. 中国激光. 2018(04)
[10]基于移相控制的全固态高压脉冲电源设计[J]. 唐朝,赵龙章,龚嫒雯. 现代电子技术. 2017(22)
博士论文
[1]大气边界层内生物气溶胶荧光激光雷达探测技术与实验研究[D]. 饶志敏.西安理工大学 2018
硕士论文
[1]大尺寸LED光源准直透镜的设计与应用[D]. 韩敏.江苏大学 2016
[2]石家庄冬季霾天气溶胶特性的地基主被动遥感探测研究[D]. 胡明玉.中国矿业大学 2016
本文编号：3627094
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