本文關鍵詞：大氣溫、濕度探測拉曼激光雷達的研究與設計　出處：《北方民族大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：對流層以下的大氣溫度、相對濕度的變化與人類的生產(chǎn)和生活密切相關,特別是近年來探討最多的溫室效應及熱島效應。大量的研究、實驗表明,大氣氣溶膠濃度等參數(shù)主要受到大氣溫度和相對濕度的影響,因此,地面垂直高度的大氣溫度和相對濕度的探測對于研究大氣環(huán)境和人類健康具有重要意義,并且可以為天氣預報和環(huán)境檢測等部門提供有價值的大氣相關數(shù)據(jù)信息。本文依托北方民族大學電氣信息工程學院激光雷達實驗室,根據(jù)轉動拉曼散射的溫度探測機理以及振動拉曼散射探測水汽的原理,設計了一套基于窄帶干涉濾波片分光的拉曼激光雷達系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中,Nd:YAG脈沖激光器發(fā)出二倍頻532nm的脈沖激光束,經(jīng)準直擴束后垂直射向大氣,激光和大氣中的氣體分子以及粒子相互作用后得到后向散射回波信號通過望遠鏡接收,經(jīng)過透鏡匯聚后被耦合進多模光纖MMF傳輸,經(jīng)透鏡準直后,入射到分光部分。在分光系統(tǒng)中,光束被分為四路,分別為660nm水汽振動拉曼通道、607nm氮氣振動拉曼通道,以及529nm和530nm高、低量子數(shù)轉動拉曼通道。其中,前兩個通道用于反演水汽混合比,后兩個通道用于反演大氣溫度。在溫度探測通道中,通過對分光系統(tǒng)的設計,實現(xiàn)了對米-瑞利彈性散射信號的高精度抑制以及對微弱轉動拉曼信號和振動拉曼信號的高精細提取。在本系統(tǒng)中,所有光電探測器將接收的光信號轉換為電信號輸出,經(jīng)信號放大器后由數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)進行接收處理。該系統(tǒng)的光電倍增管都工作在模擬測量方式,其輸出端直接與高增益低噪音的高速放大電路相連,起到阻抗匹配及信號放大的作用,檢測子系統(tǒng)時間響應低于300ns(對應空間分辨率為45m)。此外,基于labview開發(fā)環(huán)境,本文設計了一套數(shù)據(jù)采集、處理與顯示系統(tǒng),實現(xiàn)了大氣溫度廓線、水汽混合比及相對濕度的采集、處理以及顯示。為了驗證該系統(tǒng)的可行性,在寧夏銀川市內(nèi)北方民族大學17號教學樓5樓實驗室(E'06106。,N'2938。)開展了大量探測實驗。實驗中,系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集時間設定為16分鐘左右,累加激光脈沖數(shù)為10000。實驗結果分析表明,本系統(tǒng)溫度有效探測高度為夜間0.3到3.5km。濕度的有效探測高度為白天0.3到3km,夜間0.3到4.5km。
[Abstract]:A kind of Raman lidar system based on narrow - band interference filter is designed . In this system , the output end of the system is directly connected with high - gain low - noise high - speed amplifying circuit . In the experiment , the data acquisition time of the system is set to about 16 minutes , and the number of accumulated laser pulses is 10000 . The experimental results show that the effective detection height of the system is 0.3 to 3.5km at night . The effective detection height of humidity is 0.3 to 3 km in the day and 0.3 to 4.5 km at night .

【學位授予單位】：北方民族大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN958.98

【參考文獻】

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本文編號：1404317