为规避尾涡威胁，保障飞行安全，研究了飞机尾涡的激光探测技术.介绍了尾涡探测基本原理，给出了激光探测方式设计和探测系统参量选择.基于设计的尾涡激光探测方案，研究了飞机尾涡回波多普勒谱与机型参量、飞行参量以及环境参量间的关系,获得了尾涡的径向速度分布规律，建立了尾涡回波多普勒谱模型，选取最佳尾涡参量估计算法用于尾涡的全面表征; 通过开展A340的尾涡探测外场实验验证了激光探测尾涡的可行性和尾涡参量估计算法的有效性.研究表明，尾涡回波多普勒谱值与径向速度的三次方成反比，与涡流环量的二次方成正比.

激光雷达主动成像有别于各类被动成像的一个显著优势就是可以直接生成目标的距离图像, 与常规光学图像相比距离图像具有一些不同的统计特性, 当距离图像中存在多目标时统计直方图具有明显的多峰结构特征.通过对距离图像统计直方图峰值的提取实现了对距离图像的目标提取, 利用最小外接矩形拟合及目标距离数据获取了目标的实际尺寸、矩形拟合度等信息, 并由此实现了对目标的分类.运用该方法处理实际的距离图像, 达到了预期的目标.

针对空中运动目标雷达截面积小、速度快的特点以及雷达、红外等常规目标探测手段探测效果差、探测效率低的现状，提出了一种基于激光雷达探测风场扰动来获取空中运动目标信息的算法，给出了基于风场扰动的运动目标信息获取的基本原理和主要流程。基于接收大气反射的激光回波信号，通过径向和水平风速反演算法获得扫描区域内的风场分布；滤除背景风场影响获得扰动风场分布，并结合运动目标信息获取算法完成目标的位置、属性等信息获取。实验表明，基于该算法获取目标位于径向距离800 m，仰角82°处的结论与实际情况基本吻合，从而验证了该新型目标探测手段切实可行，为未来空中运动目标的高效探测发现提供了一种崭新的途径。

光学测温技术是当前工业燃烧领域进行火焰监测和燃烧诊断的研究热点。提出了一种基于灰度反演的光学双色成像测温方法, 给出了测温系统的原理设计框图, 推导了基于灰度反演的测温算法。分析得出, 相比三基色测温法, 该测温方案消除了火焰的灰性假设和光谱响应带宽非理想性的影响, 克服了红绿蓝(RGB)三通道非线性输出和可见光处辐射所占能量份额少的弊端。研究表明, 该方法测温精度高, 较好地反映了炉内火焰的二维温度分布情况, 可为火焰监测和燃烧诊断提供指导, 具有广阔的应用前景。

新近研制的车载式双波长米散射激光雷达可用于1 064 nm和532 nm两个波长对白天与夜晚对流层气溶胶消光系数垂直分布进行的探测.该激光雷达由激光发射单元、接收光学和后继光学单元、信号探测和采集单元以及系统运行控制单元组成,后继光路之间采用光纤导光、高低层分层探测等关键技术.该激光雷达使用1 064 nm和532 nm的两个波长,其单发脉冲能量分别为400和300 mJ,重复频率都为20 Hz,光束发散角小于0.5 mrad;望远镜接收视场为1～3 mrad,滤光片的中心波长为1 064 nm和532 nm,带宽1 nm.分别使用R3236及H7680的PMT和VT120及Phillips777的放大器对两个波长的信号进行探测;对532 nm波长用3 A/D采集卡、1 064 nm波长用了光子计数卡.给出了双波长测量对流层气溶胶消光系数垂直分布的结果,该激光雷达可以探测10^-5～1之间的消光系数,探测高度可达10 km以上.

脉冲Nd:YAG三倍频激光(355
nm)泵浦CH4的受激拉曼散射第一级斯托克斯光(395.6 nm)用作NO2差分吸收激光雷达的λon.为研究CH4的受激拉曼散射效应和定量解释其物理机理作了数值模拟计算,并作了一系列的实验.通过调节泵浦能量、光束质量和气体压强,得到了各级散射光的能量转化效率与三者间的函数关系,找到了第一级斯托克斯光的优化条件.

介绍了用于探测对流层大气臭氧的L625差分吸收激光雷达系统,叙述了该激光雷达的结构、探测大气臭氧的原理和数据处理方法。利用波长对289～299 nm和289～308 nm对合肥上空中、上部对流层的臭氧进行了对比测量。测量结果表明,这两对波长的测量结果差别约在10%左右。分析了289～308 nm波长对测量臭氧的结果和误差。10 km以下,289～308 nm波长对测量的对流层臭氧统计误差绝对值一般小于2×1011 molecules/cm3,忽略气溶胶影响引起的相对系统误差一般小于4%。给出和分析了合肥地区对流层5～15 km臭氧柱含量的季节变化特征,柱含量最大的月份一般出现在第二季度,柱含量最小的月份一般出现在第三季度。

介绍一台用于夜晚探测大气温度分布的L625瑞利-拉曼(Rayleigh-Raman)散射激光雷达。采用Nd∶YAG激光器三倍频输出355 nm作为发射激光,利用弱光子计数技术检测大气中分子的瑞利散射和N2分子振动拉曼散射回波,分析得到了平流层和对流层中上部大气温度的垂直分布廓线。其观测结果分别与HALOE/UARS卫星和无线电气象探空仪结果进行了对比分析。其中,激光雷达观测的平流层温度与HALOE卫星的结果对比表明,它们在高度25～65 km内显示出较好的一致性,20个夜晚的平均温度差别基本上小于2 K。激光雷达与无线电气象探空仪探测的对流层温度在高度为5～18 km内反映了较为一致的分布趋势,15个夜晚的平均温度差别在6～16.5 km高度内小于3 K。这些结果表明,L625瑞利-拉曼散射激光雷达观测数据可靠,可用于大气温度分布的常规观测和分析研究。

报道了一种多波长同时输出的激光系统设计及系统所达到的性能指标。给出了该激光系统用于L625激光雷达, 测出合肥地区大气中气溶胶、臭氧、水汽和温度等的空间垂直分布。

在激光雷达测量平流层下部臭氧时,我们发现光电倍增管接收到较低高度的强信号后,回波信号会产生光子并合现象.数据处理分析表明,光子并合现象对平流层下部臭氧测量的影响很大.为避免产生光子并合现象的产生,可以利用在接收光路上加装中性衰减片、提高光电倍增管开始工作的高度和降低光电倍增管增益等措施来分段测量,提高臭氧测量的精度.