西安理工大学机械与精密仪器工程学院，陕西 西安 710048
提出一种新型的侧向纯转动拉曼散射激光雷达探测技术，其采用双基地的收发系统结构，利用侧向接收系统的俯仰扫描功能实现对与温度具有相反依存关系的高低量子数的侧向纯转动拉曼散射光谱的探测，该技术为从地表到特定高度大气温度的无盲区探测提供了技术支持。侧向纯转动拉曼散射激光雷达的初步观测实验采用整段等距离分辨率和分段等距离分辨率两种云台转动方案，反演结果表明侧向纯转动拉曼散射激光雷达可实现1400 m高度范围内大气温度的精细探测，且分段等距离分辨率云台转动方案在近地表312 m高度范围内能够获得更为精细的大气温度空间分布特征。
大气光学 激光雷达 近地表大气温度 侧向纯转动拉曼散射 无盲区探测 俯仰扫描
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提出了一种全天时大气温度探测的纯转动拉曼激光雷达系统,选用Nd…YAG脉冲激光器的四倍频输出266.0 nm作为激励波长,避开了强烈的太阳背景光对系统探测大气温度的影响。设计了一种新型三次衍射式双光栅多色仪作为激光雷达的分光系统。仿真结果表明,双光栅多色仪可实现Stokes与Anti-Stokes高低量子数通道转动拉曼谱线的有效提取,对米-瑞利弹性散射信号的抑制率可达到60~70 dB。充分考虑臭氧吸收和荧光对系统探测性能的影响,所设计的日盲紫外纯转动拉曼激光雷达采用模拟探测模式可在12 min的积分时间内实现2.2 km高度范围内大气温度的全天时探测。
大气光学 转动拉曼激光雷达 大气温度 全天时 日盲紫外 三次衍射式双光栅多色仪
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Nd∶YAG激光器三倍频输出的354.7 nm光和四倍频输出的266.0 nm光都位于紫外波段,都可作为水汽拉曼激光雷达的激励光源;从水汽拉曼激光雷达系统的实际建设出发,分别从后向散射系数、消光系数、大气透过率、臭氧吸收和太阳背景噪声等方面对激光雷达系统的探测性能进行分析,探讨354.7 nm和266.0 nm激光光源对拉曼激光雷达开展全天时大气水汽探测的影响。结果表明:在水汽探测中,266.0 nm及其对应的氧气、氮气和水汽拉曼波长均位于日盲紫外区内,不受太阳背景噪声的影响,但会受到臭氧吸收的影响;354.7 nm波段无臭氧吸收,但会受到太阳背景噪声的影响;在分光系统参数一致的情况下,激光雷达系统选用266.0 nm波段激光光源时,白天水汽的有效探测距离为2.7 km,选用354.7 nm波段激光光源时,有效探测距离仅为0.6 km;日盲紫外波长的选择可有效提高白天水汽拉曼激光雷达的探测距离,实现水汽的全天时探测。
遥感 水汽探测 紫外波长选择 拉曼激光雷达 全天时测量 光学学报
2018, 38(12): 1228003
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拉曼激光雷达通过探测与水汽浓度相关的大气水汽振动拉曼散射回波信号， 可实现大气水汽混合比廓线的探测。 然而由于振动拉曼信号非常微弱， 在白天测量时振动拉曼散射光谱会淹没在太阳背景光中， 多在夜间测量。 为实现大气水汽的全天时测量， 设计开发一套日盲紫外波段拉曼激光雷达系统。 该系统选择Nd∶YAG脉冲激光器的四倍频输出—2660 nm日盲紫外波段作为拉曼激光雷达系统的激励波长， 采用镀高增益介质膜的牛顿式望远镜作为接收器， 同时利用二向色镜和超窄带干涉滤光片设计高效率的高光谱分光系统， 实现了大气氧气、 氮气和水汽振动拉曼散射回波信号2775， 2836和2946 nm的精细提取。 计算仿真结果表明， 臭氧吸收对日盲紫外域拉曼激光雷达探测存在一定的影响， 主要是探测距离的影响； 氮气通道不受白天太阳背景光噪声的影响； 水汽通道存在少量太阳背景光噪声， 对系统探测距离略有影响。 而系统信噪比计算结果表明， 设计的日盲紫外域拉曼激光雷达系统可实现白天35 km大气水汽的探测。 实际进行水汽探测时， 可利用氮气和氧气通道反演出臭氧浓度廓线， 修正臭氧对发射波长、 各通道拉曼散射波长的吸收， 进一步提升系统的探测能力和探测精度。
拉曼激光雷达 日盲紫外波段 大气水汽 臭氧吸收 Raman lidar Solar-blind Atmosphere water vapor Ozone absorption 光谱学与光谱分析
2018, 38(5): 1430
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为实现大气水汽的全天时测量, 选用Nd∶YAG脉冲激光器的四倍频输出266.0 nm作为激励光源, 设计日盲紫外域喇曼激光雷达系统.由于低层大气污染造成的臭氧污染, 通过增加大气氧气的振动喇曼散射信号测量通道, 实时反演近地表臭氧浓度的分布, 为修正激光雷达方程中的臭氧吸收提供解决方案.同时, 选用高光谱分辨率光栅和窄带宽激光反射镜设计光栅光谱仪作为激光雷达的分光系统.仿真计算表明, 入射角为10°时, 设计的光栅光谱仪可有效分离并提取氧气、氮气和水汽的振动喇曼散射回波信号, 日盲紫外喇曼激光雷达系统可实现全天时状态下2 km高度范围内大气水汽的廓线探测.
喇曼激光雷达 大气水汽 全天时 臭氧吸收 光栅光谱仪 Raman lidar Water vapor Daytime Ozone absorption Grating spectrometer
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为实现水平非均匀分布的低层大气气溶胶光学特性的遥感探测，提出一种基于双扫描激光雷达的气溶胶精细探测方法.该方法以扫描激光雷达为遥感探测工具，通过双激光雷达相向交叉扫描工作模式，实现对同一空域近地表气溶胶全视野剖面的交叉探测，从而提供双激光雷达方程组以精确求解气溶胶消光和后向散射系数.在数据反演过程中，通过对交叉扫描区域进行坐标化和网格化处理、网格像素单元的初值预设，以及双扫描激光雷达方程组的数值逼近反演得到气溶胶消光.利用长距离扫描激光雷达的数据对该方法进行验证，结果表明，该方法与多角度方法反演所得到的结果随高度变化的趋势具有高度的一致性；同时双扫描激光雷达可提供交叉扫描区域剖面的气溶胶浓度分布，相比于单条廓线具有较大的优势.
双扫描激光雷达 气溶胶 精细探测 水平非均匀 多角度方法 Twin scanning lidars Aerosol Fine detection Horizontal inhomogeneous atmosphere Multi-angle method
