發(fā)布時間：2017-10-22 06:31

  本文關(guān)鍵詞：掃描激光雷達(dá)的系統(tǒng)研制及應(yīng)用研究

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【摘要】：對流層作為最活躍,天氣現(xiàn)象最復(fù)雜的層結(jié),成為大氣塵埃、云團以及煙霧等粒子分布的主要區(qū)域,這些成分的物理特性及空間分布在長、短期預(yù)測以及大氣環(huán)境的研究中具有重要的作用。激光雷達(dá)充分吸收了激光探測和雷達(dá)遙感的優(yōu)點,具有高的測量精度和高的時空分辨率。目前,大多數(shù)激光雷達(dá)只能固定地指向天頂角或是某一個固定的角度,使其在對氣溶膠和云分布進行觀測研究時具有一定的局限性,本文研制了能夠改變天頂角和方位角的掃描激光雷達(dá)。本文研制了用于氣溶膠和云觀測的掃描激光雷達(dá),該系統(tǒng)采用微型二極管泵浦Nd:YAG固體激光器,經(jīng)倍頻后單脈沖能量為20μL,脈沖重復(fù)頻率為11KHz,可以使系統(tǒng)在單位時間內(nèi)得到更高的信噪比。激光器的激光頭、擴束鏡安裝在望遠(yuǎn)鏡上,在旋轉(zhuǎn)測量過程中能夠保持激光光軸與望遠(yuǎn)鏡軸線平行。接收系統(tǒng)使用直徑200mm的Meade望遠(yuǎn)鏡,望遠(yuǎn)鏡鏡筒在上半球內(nèi)可自由轉(zhuǎn)動。系統(tǒng)使用芯徑200μm光纖將望遠(yuǎn)鏡接收到的后向散射信號送入接收系統(tǒng),經(jīng)過準(zhǔn)直、濾光后由光電倍增管探測。利用VB軟件編寫可視化窗口,通過串口通信控制三維掃描平臺的工作方式,使整個系統(tǒng)工作于不同的掃描模式下,以實現(xiàn)對不同區(qū)域氣溶膠的分布以及全天空云的監(jiān)測。利用已有的RRML(瑞利—拉曼—米)激光雷達(dá)對掃描激光雷達(dá)測量能力進行了驗證。在系統(tǒng)研制的基礎(chǔ)上,對大氣水平氣溶膠、大氣氣溶膠廓線及南京北郊化工廠的煙囪排放進行了實地的觀測,使用斜率法、Femald方法及斜率法-Fernald前向積分法相結(jié)合的方法,反演出水平能見度、大氣消光系數(shù)及煙羽的消光系數(shù),并獲得煙羽周圍氣溶膠排放的三維分布。數(shù)據(jù)分析表明,掃描激光雷達(dá)可以探測水平能見度、立體空間內(nèi)大氣氣溶膠的消光系數(shù)分布,能夠自動掃描獲取局地污染源的方位及其污染源狀況,實時監(jiān)測污染物排放的相對濃度、空間擴散區(qū)域及其消光系數(shù)隨時空變化的規(guī)律,是環(huán)境監(jiān)測的有效工具。利用掃描激光雷達(dá)對云的分布進行測量,分別使用垂直測量、扇掃和體掃三種不同的觀測方式,利用微分增強法、單點積分法及透過率法分別獲得云高、云量及云的光學(xué)厚度,綜合分析云的光學(xué)特性的空間分布,并與RRML激光雷達(dá)探測數(shù)據(jù)進行對比。數(shù)據(jù)表明,與傳統(tǒng)激光雷達(dá)相比,研制的掃描激光雷達(dá)能夠精細(xì)的描述出云高、云量和云光學(xué)厚度的空間分布,體現(xiàn)了掃描激光雷達(dá)在全天空云探測方面的優(yōu)勢。
【關(guān)鍵詞】：掃描激光雷達(dá) 旋轉(zhuǎn)控制 氣溶膠 云
【學(xué)位授予單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN958.98
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 第一章 緒論8-15
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 激光雷達(dá)概述9-13
• 1.2.1 激光雷達(dá)介紹9-11
• 1.2.2 激光雷達(dá)在大氣探測中的應(yīng)用11-13
• 1.3 研究目的意義13
• 1.4 主要的研究內(nèi)容13-15
• 第二章 掃描激光雷達(dá)系統(tǒng)15-25
• 2.1 掃描激光雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)15-16
• 2.2 掃描激光雷達(dá)系統(tǒng)的主要參數(shù)16-19
• 2.3 旋轉(zhuǎn)平臺調(diào)試19-23
• 2.4 掃描激光雷達(dá)觀測能力驗證23-24
• 2.5 小結(jié)與討論24-25
• 第三章 掃描激光雷達(dá)數(shù)據(jù)反演方法25-35
• 3.1 大氣衰減效應(yīng)25
• 3.2 掃描激光雷達(dá)方程25-26
• 3.3 數(shù)據(jù)反演方法26-33
• 3.3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理26
• 3.3.2 氣溶膠消光系數(shù)反演26-29
• 3.3.3 云數(shù)據(jù)反演29-33
• 3.4 小結(jié)與討論33-35
• 第四章 基于掃描激光雷達(dá)的氣溶膠觀測35-45
• 4.1 掃描激光雷達(dá)探測能見度35
• 4.2 氣溶膠廓線觀測35-38
• 4.3 掃描激光雷達(dá)對煙羽觀測38-43
• 4.3.1 排放強度的相對測量39
• 4.3.2 污染氣體的排放擴散39-41
• 4.3.3 煙羽的3D測量41-43
• 4.4 小結(jié)與討論43-45
• 第五章 基于掃描激光雷達(dá)的云觀測45-53
• 5.1 掃描激光雷達(dá)垂直探測云45-47
• 5.2 掃描激光雷達(dá)扇掃方式47-49
• 5.3 掃描激光雷達(dá)體掃方式49-52
• 5.4 小結(jié)與討論52-53
• 第六章 總結(jié)和討論53-55
• 6.1 總結(jié)53
• 6.2 存在問題以及工作展望53-55
• 參考文獻55-59
• 作者簡介59-60
• 致謝60

【參考文獻】

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本文編號：1077161