基于雙掃描激光雷達(dá)的氣溶膠探測方法可實現(xiàn)低層大氣水平非均勻氣溶膠光學(xué)特性的精細(xì)探測,它以掃描激光雷達(dá)為遙感探測工具,結(jié)合雙激光雷達(dá)相向交叉掃描探測工作模式,對交叉掃描區(qū)域進(jìn)行坐標(biāo)化和網(wǎng)格化處理,利用雙掃描激光雷達(dá)方程組求解消光系數(shù)和后向散射系數(shù)雙未知量,從而實現(xiàn)對同一區(qū)域近地表氣溶膠全視野剖面的交叉探測。本文從影響雙掃描激光雷達(dá)氣溶膠探測結(jié)果的不確定度來源入手,分別分析了激光雷達(dá)系統(tǒng)配置和探測方法所引起的系統(tǒng)誤差,以及數(shù)據(jù)反演算法對氣溶膠反演結(jié)果所產(chǎn)生的不確定度,重點針對反演算法中的不確定度開展算法優(yōu)化研究。針對網(wǎng)格分辨率對數(shù)據(jù)反演精度的影響,綜合考慮像素單元要素和光斑直徑,提出優(yōu)化方案確定合理的網(wǎng)格分辨參數(shù);針對S函數(shù)估算中需要高精度的相對系統(tǒng)常數(shù),利用多角度方法并綜合考慮激光雷達(dá)比確定系統(tǒng)常數(shù);針對大氣光學(xué)厚度的積分計算公式,構(gòu)建網(wǎng)格像素單元光學(xué)路徑庫的優(yōu)化計算方案,提出消光系數(shù)矩陣和光學(xué)路徑矩陣相乘的思想提高光學(xué)厚度的計算效率;針對雙未知量的求解,提出利用Monte Carlo方法在整個掃描區(qū)域的收斂性精確估算大氣消光和后向散射系數(shù)雙未知參量。為驗證該優(yōu)化算法的可行性,本文選用長... 

【文章來源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

掃描激光雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

叉掃描探測工作模式，可實現(xiàn)對同一空域內(nèi)的近地表氣溶膠全視野剖 是雙掃描激光雷達(dá)的氣溶膠探測模型，兩臺探測性能一致的掃描激光Lidar-2 分別設(shè)置在探測區(qū)域的兩端（距離 D），并進(jìn)行相應(yīng)的掃描參開始，兩臺掃描激光雷達(dá)同時對探測區(qū)域施行從地表到目標(biāo)探測高度【29】，則此時雙激光雷達(dá)方程的 S 函數(shù)可分別表示為：121 1 1 1 1 1 1 1 102 2 2 2 2 2 2 2 20( , ) ln ( , ) 2 ( , )d( , ) ln ( , ) 2 ( , )drrS r c r r rS r c r r r 激光雷達(dá)性能一致，即 c1=c2，α和β分別為未知的大氣光學(xué)參量—消數(shù)。大氣湍流的存在會使得大氣中的水汽和污染物在垂直和水平方向，表現(xiàn)在圖 2-2 中，即為兩臺激光雷達(dá)探測同一點 A 所得回波信號需要科學(xué)合理的配置掃描參數(shù)，使得整個掃描過程在大氣湍流時間尺引起的大氣微小變化在誤差允許范圍內(nèi)，可認(rèn)為同一探測點處，雙方相同，即方程可解，從理論上分析該探測方法是可行的。

雙掃描激光雷達(dá)氣溶膠探測結(jié)果的影響因素分析 的探測距離和掃描角度表達(dá)式如下：112221r r d 2 cos d r2122sinsinrr 描區(qū)域方程組未知參量時，需要已知每一個探測點所在的探測距離 r 和掃描探測點的水平垂直方向相鄰探測點大氣狀態(tài)信息之間沒有很明確的關(guān)系，這氣光學(xué)參量求解過程更為復(fù)雜，降低了計算的效率。簡化大氣光學(xué)參量的求解，對整個交叉描掃區(qū)域進(jìn)行笛卡爾坐標(biāo)化和網(wǎng)格雷達(dá)氣溶膠探測模型如圖 2-3 所示。掃描區(qū)域中的每一個探測點可用坐標(biāo))表示，選用網(wǎng)格分辨率為 d 的正方形進(jìn)行劃分，很明顯可以得到 Lidar-1 和點關(guān)于兩臺雷達(dá)水平距離中垂線對稱，將方程組中的變量(r, θ)轉(zhuǎn)化為(x, 算的復(fù)雜度和運算量，圖 2-3 為雙掃描激光雷達(dá)氣溶膠反演模型。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]空間方差構(gòu)建在激光雷達(dá)光子計數(shù)數(shù)據(jù)堆棧修正中的應(yīng)用[J]. 高飛,李松輝,李婉婉,汪麗,辛文輝,華燈鑫.  光學(xué)學(xué)報. 2016(05)
[2]蒙特卡洛方法在仿真中的應(yīng)用[J]. 吳維元.  電腦編程技巧與維護(hù). 2014(10)
[3]基于碘分子濾波器的高光譜分辨率激光雷達(dá)原理[J]. 劉金濤,陳衛(wèi)標(biāo),宋小全.  光學(xué)學(xué)報. 2010(06)
[4]小型米散射激光雷達(dá)的研制及其探測[J]. 毛建東,華燈鑫,何廷堯.  光子學(xué)報. 2010(02)
[5]ARL-1 Raman激光雷達(dá)系統(tǒng)探測大氣二氧化碳[J]. 胡順星,趙培濤,汪少林,曹開法,方欣,范廣強,王敏,趙博,胡歡陵,王英儉.  大氣與環(huán)境光學(xué)學(xué)報. 2009(06)
[6]信號延時疊加提高激光雷達(dá)探測信噪比[J]. 姜海嬌,來建成,王春勇,卞保民,李振華.  光子學(xué)報. 2009(08)
[7]云的多次散射對激光雷達(dá)測量結(jié)果影響的研究[J]. 李穎穎,孫東松,王珍珠,沈法華,周小林,董晶晶.  激光技術(shù). 2008(06)
[8]光束品質(zhì)因子M2對非同軸激光雷達(dá)探測性能的影響[J]. 高飛,華燈鑫,吳敏,毛建東,周毅.  光學(xué)學(xué)報. 2008(09)
[9]大氣氣溶膠光學(xué)參數(shù)的高光譜分辨率激光雷達(dá)探測研究[J]. 宋小全,郭金家,閆召愛,張凱臨,李志剛,劉智深.  自然科學(xué)進(jìn)展. 2008(09)
[10]離軸二極管泵浦固體激光雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計與裝校[J]. 戴麗莉,丁紅星,孫東松.  半導(dǎo)體光電. 2008(04)

博士論文
[1]武漢上空對流層大氣氣溶膠Raman/Mie激光雷達(dá)探測研究[D]. 張金業(yè).武漢大學(xué) 2010

碩士論文
[1]激光雷達(dá)數(shù)據(jù)反演氣溶膠后向散射比研究[D]. 靳磊.中國海洋大學(xué) 2013
[2]激光雷達(dá)精細(xì)探測大氣氣溶膠研究[D]. 高飛.西安理工大學(xué) 2008



本文編號：3563720