大氣激光雷達(dá)可以測(cè)量氣溶膠和云的光學(xué)參數(shù)、水汽混合比、二氧化碳混合比、二氧化氮混合比、臭氧混合比、鈉原子密度數(shù)、鉀原子密度數(shù)、鐵原子密度數(shù)、鈣原子密度數(shù)、大氣分子密度、溫度、分場(chǎng)等,在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)、氣象環(huán)境預(yù)報(bào)和保障、大氣科學(xué)研究、空間物理科學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。在大氣激光雷達(dá)設(shè)計(jì)階段需要利用仿真計(jì)算論證探測(cè)原理的可行性,配置合理的大氣激光雷達(dá)參數(shù),為大氣激光雷達(dá)的研制提供參考依據(jù)。大氣激光雷達(dá)研制完成之后,仍然需要計(jì)算一些難以測(cè)量的參數(shù)。因此,本文設(shè)計(jì)了一套基于HITRAN數(shù)據(jù)庫(kù)的大氣激光雷達(dá)信號(hào)仿真系統(tǒng),該仿真系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)包括以下兩部分:（1）基于大氣激光雷達(dá)方程建立信號(hào)仿真模型。該仿真模型結(jié)合大氣分層模式模擬激光在傳輸過(guò)程中大氣分子和氣溶膠對(duì)激光造成的衰減。HITRAN數(shù)據(jù)庫(kù)中包含了大氣分子的吸收譜線,仿真模型利用這些譜線參數(shù)計(jì)算大氣分子高精度的吸收光譜;仿真模型利用瑞利散射計(jì)算了大氣分子對(duì)激光的散射系數(shù);大氣輻射傳輸模型Lowtran7模擬了氣溶膠對(duì)不同波長(zhǎng)激光的衰減,因此該仿真模型結(jié)合了 Lowtran7中的氣溶膠模式結(jié)構(gòu)。此外,該仿真模型能夠分析激光雷達(dá)系統(tǒng)中的幾何因子、干... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心)北京市

【文章頁(yè)數(shù)】：78 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．１激光雷達(dá)系統(tǒng)的基本組成??

每立方厘米下從幾十個(gè)到幾千個(gè)不等，而巨核和大核通常在每立方厘米下少于１??個(gè)。它們的形狀可能是球形的，也可能是非球形的。??氣溶膠粒子的濃度隨高度的分布具有較大的差異性，圖２．３是ＥｌｔｅｍｉａｎＰｌ測(cè)??得到氣溶膠粒子數(shù)密度隨高度的分布圖。??從圖２．３可以看出在從地面到５ｋｍ高度范圍內(nèi)，氣溶膠粒子的數(shù)密度衰減較??快；在５ｋｍ－２０ｋｍ的高度范圍內(nèi)，氣溶膠粒子的數(shù)密度變化較小；而在２０ｋｍ以??上的高度，氣溶膠粒子數(shù)密度快速的減少，基本上可以忽略不計(jì)。??氣溶膠粒子對(duì)激光的輻射衰減不僅取決于氣溶膠粒子的濃度和形狀，還取??決于粒子的尺寸分布。氣溶膠粒子的尺寸分布是在粒子數(shù)密度一定的情況下，不??同尺寸的氣溶膠粒子的分布。在假設(shè)所有的氣溶膠粒子的形狀為均勻球體的條??件下，氣溶膠粒子對(duì)激光的衰減可以用米散射理論進(jìn)行計(jì)算。式２．７給出了米散??射理論計(jì)算中關(guān)鍵的參數(shù)？］：??７?２ｎｒ??ｘ?—?ｋｒ?＝?――?（２．７）??Ａ??其中，「是散射球體的半徑，Ａ是波數(shù)，＾是可見(jiàn)光的波長(zhǎng)。無(wú)量綱的尺寸??９??

Ｑｅｘｔ?＝?４?（２－９）??ｎｒ１??如圖２．４所示，在給定／ｌ?＝丨０．６／／／？，《?＝?１．２９?＋?Ｚ０．０５的條件下，我們利用米??散射理論ｍｉ計(jì)算了粒子有效消光截面，和有效散射截面與粒子尺寸參??數(shù)ｊｃ之間的關(guān)系。對(duì)于有效吸收截面，我們可以利用式??計(jì)算得出。??從圖２．４可以看出，在０－７／ｙ／？區(qū)間內(nèi)，氣溶膠粒子對(duì)激光的有效消光和散射??隨粒子尺寸而增加；在７－１３；／／？區(qū)間內(nèi)，氣溶膠粒子對(duì)激光的有效消光和散射隨??粒子尺寸而減小；而在１３／＾ｍ以后，氣溶膠粒子的尺寸對(duì)激光的衰減變化不大。??而從整個(gè)的尺寸范圍來(lái)看，氣溶膠粒子的有效消光截面和吸收截面還是隨粒子??的尺寸不同而存在著較大的差異。因此，研宄氣溶膠粒子的尺寸分布對(duì)我們研宄??氣溶膠對(duì)激光的衰減是必不可少的一部分。下面我們介紹氣溶膠粒子幾種常見(jiàn)??的尺寸分布：??１．?Ｄｅｉｒｍｅｎｄｊｉａｎ分布（修正的伽馬分布）??１０??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]一種利用HITRAN數(shù)據(jù)計(jì)算氣體輻射特性的方法[J]. 許宏,王鍇.  光電技術(shù)應(yīng)用. 2018(02)
[2]MODTRAN5分子吸收模式的計(jì)算精度數(shù)值評(píng)估[J]. 馬力,戴聰明,唐超禮,苗錫奎,魏合理.  大氣與環(huán)境光學(xué)學(xué)報(bào). 2017(05)
[3]基于大氣分層的激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)回波模型[J]. 曹爽,張魯殷,石洪峰,周林林,丁祥.  大學(xué)物理實(shí)驗(yàn). 2017(01)
[4]大氣探測(cè)激光雷達(dá)噪聲比例因子及信噪比的估算[J]. 鄧潘,張?zhí)焓?陳衛(wèi),劉建國(guó),劉洋.  紅外與激光工程. 2016(S1)
[5]多波長(zhǎng)水汽探測(cè)激光雷達(dá)回波仿真及誤差分析[J]. 李婷,陳思穎,張寅超,郭磐,陳和,高龍.  中國(guó)激光. 2015(02)
[6]全天時(shí)多波長(zhǎng)激光雷達(dá)系統(tǒng)研制與信噪比分析[J]. 趙虎,華燈鑫,狄慧鴿,侯曉龍,閻蕾潔,毛建東.  中國(guó)激光. 2015(01)
[7]光強(qiáng)閃爍激光雷達(dá)的背景噪聲分析[J]. 崔朝龍,黃宏華,陶宗明,饒瑞中.  量子電子學(xué)報(bào). 2013(05)
[8]瑞利-米散射激光雷達(dá)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真計(jì)算[J]. 江榕宏,何興道,吳濤,丁文超,馮靜.  大氣與環(huán)境光學(xué)學(xué)報(bào). 2013(04)
[9]不同版本HITRAN數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)高層大氣輻射傳輸影響特性分析[J]. 戴聰明,魏合理,胡順星.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2013(05)
[10]拉曼激光雷達(dá)探測(cè)低對(duì)流層大氣二氧化碳分布[J]. 于海利,胡順星,吳曉慶,曹開(kāi)法,孟祥謙,苑克娥,黃見(jiàn),邵石生,徐之海.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2012(08)

博士論文
[1]532nm瑞利多普勒激光雷達(dá)若干關(guān)鍵技術(shù)和大氣重力波觀測(cè)研究[D]. 郭文杰.中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心 2016
[2]煙氣排放紫外差分吸收光譜實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法的研究[D]. 周濤.天津大學(xué) 2009

碩士論文
[1]星載大氣探測(cè)激光雷達(dá)回波信號(hào)模擬研究[D]. 姚莉琳.電子科技大學(xué) 2018
[2]大氣氣溶膠散射、吸收特性及光的傳輸特性研究[D]. 賀雅奇.西安石油大學(xué) 2014
[3]激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)回波信號(hào)的研究[D]. 王龍華.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010
[4]大氣傳輸特性對(duì)激光探測(cè)性能影響研究[D]. 馬春林.西安電子科技大學(xué) 2008
[5]激光在近地大氣中水平傳輸特性研究[D]. 任小紅.西安電子科技大學(xué) 2007



本文編號(hào)：2934096