發(fā)布時間：2021-06-17 20:46

　　本文針對基于CCD（Charge-coupled Device,電荷耦合器件）的全天候側(cè)向散射激光雷達系統(tǒng)（全天候Clidar系統(tǒng)）測量大氣PM2.5濃度機制作出了以下研究:（1）闡述了氣溶膠的研究背景、光學(xué)法測量技術(shù)的特點及原理,并且研究了白天環(huán)境下運用激光雷達技術(shù)進行氣溶膠測量的國內(nèi)外研究進展。（2）介紹了激光雷達氣溶膠測量技術(shù)的全天候應(yīng)用,并對全天候Clidar系統(tǒng)的高斯光束特性及其與顆粒物作用的Mie散射理論進行研究。（3）通過設(shè)置不同濃度等級和CCD高、低增益作為實驗參量,對四種不同的實驗?zāi)Ｊ竭M行橫向?qū)Ρ?基于此分析了高、低濃度下不同反演模型對PM2.5濃度測量的平均誤差、標準誤差和綜合偏差率。實驗結(jié)果證明,實際濃度低于30μg/m3時的回波信號測量應(yīng)該使用S（0）反演模型,S（20）、S（40）、S（60）、S（80）的測量結(jié)果準確度依次遞減,說明在低濃度等級下,CCD采集到的回波信號圖中的干擾信息較少,隨著反演模型i的增大,反而丟失了大量的氣溶膠有效信息;實際濃度大于30μg/m3的回波信號測量應(yīng)該使用S（20）反演模型。同時,不論高低濃度對應(yīng)的反演模型,高增益的測量精度... 

【文章來源】：杭州電子科技大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：61 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

依次為(a)重量法、(b)射線法的測量原理圖

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文2現(xiàn)象，基于數(shù)字模型計算出測量顆粒物的粒徑大小，再利用不同測量策略的相應(yīng)算法，精確計算出PM2.5的濃度值。圖1.2振蕩天平法的測量原理圖激光雷達按照信號源可分為傳統(tǒng)激光雷達和現(xiàn)代激光雷達，前者的電磁波載體由微波和毫米波波段組成，后者主要以光頻附近的電磁波作為載體[11]。當(dāng)前，激光大氣遙感領(lǐng)域的一個熱點研究，就是激光雷達探測，測量方向主要是大氣氣溶膠和云。其自問世以來，就被運用于軍事，海洋，大氣探測等各種領(lǐng)域。為了使其能夠廣泛推廣應(yīng)用，雷達信號源必須具備高頻率、強方向性和相關(guān)性等性質(zhì)，這樣研制出來的激光雷達便攜、抗干擾、能量利用率高，可實現(xiàn)高精度測量[12]�；贑CD的側(cè)向散射激光雷達系統(tǒng)克服了后向散射的缺點，實現(xiàn)了近距離范圍內(nèi)的氣溶膠精確測量，在大氣探測方面具有很好的優(yōu)勢[13-17]。在實際情況中，由于大氣氣溶膠的成分多且復(fù)雜，且光子在大氣中傳輸時，環(huán)境雜光會夾雜在激光的側(cè)向散射光子中，對測量結(jié)果造成偏差，因此，利用激光雷達技術(shù)測量PM2.5濃度的實驗研究一般在晴朗夜空條件下進行，一方面是為了防止大量的環(huán)境雜光對實驗結(jié)果產(chǎn)生較大的影響，另一方面也是為了防止空氣的相對濕度對光散射產(chǎn)生較大的影響，便于控制實驗過程中的環(huán)境變量。光源計算機接收器大氣試樣圖1.3光散射測量法原理圖當(dāng)前，基于激光雷達散射法的測量技術(shù)的散射理論大部分是Mie散射。在各種環(huán)境因素保持恒定時，激光光子與PM2.5顆粒物發(fā)生Mie散射作用，產(chǎn)生包含氣溶膠濃度信息的回波信號。Mie散射測量理論的基礎(chǔ)是大氣中的氣溶膠成分不變，且各部分比例保持穩(wěn)定，在此前提下使用所設(shè)計的激光雷達系統(tǒng)采集散射信號，對回波圖像進行信息提取，計算出氣溶膠質(zhì)量濃度，由于PM2.5顆粒物在大

院透嚦詹餼�。覉@倜追段?誒狀鐨旁氡?:20的比例仿真白天日照條件下的后向散射系數(shù)，并繪制曲線圖。通過后向散射系數(shù)、消光系數(shù)和氣溶膠中液態(tài)水汽含量之間的直接關(guān)系，推算出大氣中霧和云的通透性和質(zhì)量負荷[18]。1996年，V.L.Schoening等人在激光雷達廣泛應(yīng)用的背景下提出了在高噪聲的日光條件下進行探測的可能性，重點研究了白天背景光條件下的信噪比問題，將達到可接受信噪比所需的平均時間與傳統(tǒng)單脈沖激光雷達系統(tǒng)相比，從理論上證明了激光雷達在白天實施測量的可行性，為后續(xù)進行裝置搭建和實際測量指明方向[19]。圖1.4微脈沖激光雷達2004年，G.G.Gimmestad[20]等人針對當(dāng)時部署在美國和其他國家或地區(qū)數(shù)十個地點的用于氣溶膠和云的無人值守激光雷達的特點，為了使微脈沖激光雷達（如圖1.4）能夠在白天運行，必須具有非常窄的視場和非常小的光學(xué)帶通；為了使其符合眼睛的安全范圍，雷達激光光源只能使用非常低的脈沖能量（大約10μJ）實現(xiàn)。10mJ量級的脈沖能量足以使日間操作變得容易且成本低廉，然后可以使用傳統(tǒng)的雙基地激光雷達配置，其視場約為毫弧度，從而消除了機械不穩(wěn)定的問題，并且可以通過廉價的干涉濾光片來限制光學(xué)帶通。此外，與可見光激光雷達中使用的蓋革模式硅APD相比，使用1.5微米的InGaAs檢測器對光學(xué)損傷的敏感度要低得多。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：3235894