【摘要】：空氣的近地面溫度和地表溫度是重要的氣象數(shù)據(jù)之一,各種天氣現(xiàn)象的產(chǎn)生、消失以及實(shí)時(shí)變化都與之密切相關(guān)。空氣溫度直接影響著包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人類活動(dòng)在內(nèi)的方方面面。激光雷達(dá)作為一種主動(dòng)遙感探測工具,可以實(shí)現(xiàn)高時(shí)間和空間分辨率的大氣溫度探測。依據(jù)Rayleigh散射譜寬與溫度的依存關(guān)系,實(shí)現(xiàn)大氣溫度探測的高光譜激光雷達(dá)得到廣泛應(yīng)用。本論文主要針對現(xiàn)有空氣溫度探測手段無法避免來自太陽、地面的輻射影響的問題,從溫度的物理概念出發(fā),提出并設(shè)計(jì)了一種基于高光譜激光雷達(dá)的空氣溫度探測系統(tǒng),通過對探測對象(Rayleigh-Brillouin散射光譜建模)、掃描分光器件(掃描分光系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì))、探測過程和結(jié)果(理論計(jì)算和Zemax光學(xué)掃描仿真)的研究對探測系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析及仿真驗(yàn)證。本文首先對空氣分子的散射譜分布進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模,得到了Rayleigh-Brillouin散射在不同溫度和壓力下的譜型。著重研究S6和G3兩種散射模型對于Rayleigh分量和Brillouin分量分離效果,針對空氣溫度反演的精度要求,對G3模型分離的Rayleigh分量進(jìn)行了特別優(yōu)化,優(yōu)化了G3模型的四個(gè)系數(shù),使得Rayleigh分量的譜型誤差在y=0.346時(shí)小于0.03%,隨著 值增大,誤差也隨之增加,在:y=1.481時(shí),誤差仍然小于0.30%,滿足了對溫度反演的精度要求。其次,本文完成了對共焦腔球面Fabry-Perot干涉儀作為掃描分光系統(tǒng)核心器件的參數(shù)設(shè)計(jì),并分析了干涉儀參數(shù)對溫度反演造成的影響。通過對比理論計(jì)算結(jié)果和用Zemax光學(xué)軟件對共焦腔球面Fabry-Perot干涉儀透過率函數(shù)譜線的仿真結(jié)果,分析了入射角對共焦腔球面Fabry-Perot干涉儀透過率譜線的影響,光線的入射角應(yīng)保持在0～1.07°之間。最后完成了探測系統(tǒng)的理論分析,并對壓力、風(fēng)速、Mie散射三種影響因素進(jìn)行了評(píng)價(jià)。用Zemax軟件模擬了干涉儀對真實(shí)空氣環(huán)境下的散射譜的掃描過程,將掃描結(jié)果和理論計(jì)算對比,分析了卷積過程對探測結(jié)果的影響,針對其影響提出了對探測結(jié)果的反卷積計(jì)算方法,該方法減小了干涉儀在卷積過程中對探測結(jié)果的影響。運(yùn)用將掃描結(jié)果代入G3模型公式計(jì)算y值的方法,成功反演出空氣溫度T,反演溫度誤差在±1.25K內(nèi)。
【圖文】：

基于溫度物理概念的空氣n忍講庠礤義隙即嬪�，灾X頤翹講獾姆較潁畢蚯按サ納ū厝話樗孀乓粯g此，，Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ散射中必然＿在一個(gè)頻率減小前分量，稱為斯托加的分量，稱為反斯托克斯分量逡逑曾：經(jīng)■哢了邋Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ散射—Ｒａｙｌｅｉｇｈ散射的一部分。．事＿：上，盡管在＇著

本文編號(hào)：2659548