瑞利激光雷達(dá)是一種主動(dòng)式大氣遙感設(shè)備,具有高時(shí)空分辨率且不存在探測(cè)盲區(qū)的優(yōu)點(diǎn),是對(duì)中層大氣溫度探測(cè)的重要的手段,能夠連續(xù)精確探測(cè)30-80 km高度范圍內(nèi)的溫度。本文介紹了位于北京延慶（40.3°N,116.2°E）的子午工程激光雷達(dá)工作機(jī)制及使用其回波信號(hào)反演大氣溫度的Chanin-Haunchecorne方法（簡(jiǎn)稱CH方法）。北京延慶子午工程激光雷達(dá)系統(tǒng)具有532 nm和589 nm兩個(gè)通道,激光雷達(dá)同時(shí)發(fā)射波長(zhǎng)為532 nm和589 nm的兩束激光,532 nm通道是為了探測(cè)60-90 km高度范圍內(nèi)的大氣溫度,589 nm通道是為了探測(cè)35-70 km高度范圍內(nèi)的大氣溫度及80-110 km高度范圍內(nèi)的鈉層密度。一直以來(lái),反演中層大氣溫度都采用CH方法來(lái)進(jìn)行。假設(shè)大氣滿足理想氣體狀態(tài)方程和流體靜力學(xué)平衡,查找NRLMSISE-00大氣模型獲取探測(cè)上限的溫度初值,通過(guò)積分運(yùn)算得到大氣溫度。但是查找模型獲得的溫度初值本身不準(zhǔn)確,導(dǎo)致在積分運(yùn)算時(shí)引入誤差,往往需要舍棄有效探測(cè)高度上限以下10 km的溫度值,從而對(duì)利用激光雷達(dá)進(jìn)行全空間的大氣溫度準(zhǔn)確探測(cè)產(chǎn)生一定影響。本文改進(jìn)了傳統(tǒng)的C... 

【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

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

北京延慶子午工程激光雷達(dá)原理圖

瑞利激光雷達(dá)反演中層大氣溫度算法研究2.1.1 激光發(fā)射單元北京延慶子午工程激光雷達(dá)系統(tǒng)的激光發(fā)射單元主要由 Nd：YAG 固體激光器、染料激光器，二次倍頻晶體、鈉原子穩(wěn)頻控制器、強(qiáng)光分光元件、激光擴(kuò)束器和帶有步進(jìn)電機(jī)的反射棱鏡等組成。Nd：YAG 固體激光器發(fā)射的高能脈沖激光，經(jīng)過(guò)第一個(gè)倍頻晶體后直接得到 532 nm 脈沖激光，擴(kuò)束之后垂直進(jìn)入空氣，剩余的高能脈沖激光經(jīng)由第二個(gè)倍頻晶體之后得到第二束 532 nm 脈沖激光，用于泵浦波長(zhǎng)可調(diào)的 ND6000 染料激光器，產(chǎn)生 589 nm 脈沖激光。兩次倍頻余光復(fù)用技術(shù)充分利用了 Nd：YAG 激光器的能量，實(shí)現(xiàn)了同時(shí)輸出 532 nm 和 589 nm 脈沖激光，能夠靈活調(diào)節(jié)兩束脈沖激光的能量比。北京延慶子午工程激光雷達(dá)的激光發(fā)射單元如圖 2.2 所示。

第二章 北京延慶子午工程瑞利激光雷達(dá)工作機(jī)制窄帶濾光片等組成，是用來(lái)接收脈沖激光與大氣中的目標(biāo)物相互作用生成的回波信號(hào)。其中，大口徑望遠(yuǎn)鏡接收中層大氣瑞利散射信號(hào)和鈉層共振熒光散射信號(hào)，通過(guò)窄帶濾波片抑制了其他波長(zhǎng)的光信號(hào)，保留了目標(biāo)信號(hào)。信號(hào)發(fā)射單元和信號(hào)接收單元采用離軸式分布，兩者相距約 6 m，這樣做抑制了背景噪聲，保護(hù)了光電倍增管。北京延慶子午工程激光雷達(dá)的信號(hào)接收單元如圖 2.3 所示。

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3032509