卫星目标光学测量大气折射修正

本文从实测的大气参数廓线出发，讨论了对卫星目标进行光学定位捌量时，进行大气折射误差修正时的几个问题，如大气色散、大气湍流和大气水平不均匀性等对折射修正的影响．首先计算了不同仰角下卫星目标光学测量的大气折射修正量的大小，讨论了用不同波长测量时大气色散所造成的修正量的偏差．同时还讨论了大气湍流、大气水平不均匀以及大气条件及昼夜变化等气象因素所引起的折射修正误差．

大气边界层的室内模拟研究——夹卷层温度场结构分析

利用室内水槽模拟大气对流边界层,并用多探头测量和光学方法测量分析夹卷层的夹卷过程和温度场结构。测量结果表明,夹卷层的温度场不同于各向同性湍流场,主要原因是夹卷层中含有一些大尺度的相干涡旋。

利用气象要素估算近地面光学湍流

本文根据近地面层湍流相似理论分析了我国东海海面和合肥市西郊一水库上方及水库附近地面上的气象参数与光学湍流参数一折射率结构常数Ｃｎ２。结果分析表明，折射率结构常数Ｃｎ２和大气稳定度很好地满足经验关系．由此可以得到：在陆地和海域上可以利用气象要素对折射率结构常数进行估算．

双差分测量对流层臭氧的实验研究

提出了利用２６６ｎｍ，２８９ｎｍ，３０８ｎｍ三波长进行臭氧测量的数值模拟和实际测量实验研究。三波长双差分和双波长差分的模拟实验结果表明，当对流层气溶胶分布相当不均匀，后向散射比梯度较大时，气溶胶对双波长差分测量臭氧影响很大，而对三波长双差分测量臭氧影响较小。

大气消光特性与机载激光雷达眼睛安全关系的研究

依据美国ANSI标准,定量分析了气溶胶、卷云和沙尘的垂直消光特性对机载激光雷达激光脉冲眼睛安全最大阈值能量的影响;以地基激光雷达探测得到的合肥上空沙尘暴为例,定量给出了大气中各成分消光特性对飞机眼睛安全最低高度的影响;模拟计算了各种大气成分的消光特性对激光脉冲眼睛安全系数的影响随高度的变化规律。计算结果表明:沙尘层对激光脉冲眼睛安全最大阈值能量的影响幅度可达几十毫焦。该结果为我国第一台机载大气探测激光雷达激光脉冲能量设置提供了基本依据。

激光大气闪烁统计特征的研究进展

综述了复杂地形条件下激光大气闪烁效应的实验及理论研究结果，包括实验数据处理方法、闪烁概率分布的极大似然模型、闪烁频谱特征系统分析方法、小波变换频谱分析方法、光波起伏频谱与湍流谱的关系，以及闪烁的间歇性等统计特征．

基于临边大气长波红外辐射信号的平流层增温效应研究

本文利用热层-电离层-中间层能量和动力学卫星TIMED中宽带发射辐射计SABER观测的临边大气长波红外背景辐射数据来研究平流层增温效应,基于2012/2013年1—3月在20~100 km高度内的临边大气长波红外背景辐射数据,采用微扰方法,得到辐射扰动的时空分布.结果显示:大气长波红外背景辐射扰动数据能够更精细的展示平流层增温事件的发生,2013年平流层爆发性增温效应下最大辐射扰动幅度出现在40 km处可达160%,而利用温度扰动数据表征此事件的发生时最大温度扰动幅度出现在40 km处只有21%.针对2012年弱平流层增温效应,温度扰动幅度最大值出现在40 km处为16.4%,而辐射扰动幅度的最大值在40 km处可达91%.大气长波红外背景辐射的纬度分布体现出此事件发生于高纬度地区;其经度分布在20~50 km范围内呈现“w”形状;而50 km和80 km处大气长波红外背景辐射的极值区域范围随着事件的发生在高纬度地区都是先扩大随后缩小的过程.这表明高层大气临边红外辐射信号可用于研究平流层增温效应,尤其是对于温度弱起伏的小扰动事件.这对于掌握临近空间环境辐射形成机理及其变化特性亦具有重要意义.

AML-1车载测污激光雷达探测大气边界层气溶胶

介绍了自行研制用于环境监测的车载式激光雷达(AML-1)系统及典型特点,其在测量气溶胶时不但可以全天候探测,还可以从不同仰角进行测量,对实现连续、实时、大范围监测大气污染有着重要的意义。结合该激光雷达的特点,从垂直、斜程、二维扫描等方面分别给出了该系统探测气溶胶时的典型结果和时空分布图,总结了AML-1车载测污激光雷达系统在测量气溶胶时的优越性和意义。

不同地区大气折射率结构常数分布特性及分析

大气湍流对光波传播的影响主要是由于大气随机起伏的湍流引起折射率的随机起伏,破坏了光波的相干性.研究传输问题就是研究湍流所造成的折射率随机变化的规律.主要利用HTP-2型温度脉动探空仪对大气折射率结构常数进行了实地探测及计算分析.通过对大量探空实验数据的统计分析,分别得出了合肥地区和北方干旱地区(0～30 km)大气折射率结构常数在不同季节的白天和夜间的分布廓线和分布特性,对合肥地区和北方干旱地区的大气湍流结构特性有了比较清晰的认识,为大气光学传输工程的应用和理论计算提供了参考.

气溶胶粒子消光效率因子的特性研究及尺度谱的拟合

本文利用Mie散射理论,计算出单个球形粒子的消光效率因子Qext,分析它随半径r变化的特性。利用消光效率因子计算出Junge型气溶胶消光系数与波长的关系,并算出Deirmendjian型气溶胶的5种波长消光系数比值表(波长分别为355 nm、532 nm、683 nm、1064 nm、1560 nm),根据此表就可拟合出气溶胶的尺度谱。

探测低空大气温度分布的转动拉曼激光雷达

提出了一种新的探测对流层低层大气温度的转动拉曼激光雷达方法,通过测量N2和O2的后向散射的纯转动拉曼谱的强度,计算它们的比值来确定大气温度的垂直分布,并对其性能进行了数值模拟。转动拉曼激光雷达的光源是一个调Q的Nd:YAG激光器,经扩束器后输出能量200mJ;采用双光栅单色仪提取所需要的氮气和氧气的转动拉曼谱;接收机采用光电倍增管和双通道光子计数器,量子效率是10%(48000个脉冲累加)。夜晚它对近地面10.2km高度内的探测信噪比在10:1以上,白天它对近地面3.6km高度内的探测信噪比在10:1以上,计算的温度与模拟用的温度真值阔线相差约0.3K。

双折射器件对机载激光雷达偏振探测影响的研究

根据膜层理论给出了机载激光雷达回波信号垂直入射偏振棱镜时偏振平行分量透过率的数学解析表达式,定量分析了偏振棱镜对机载激光雷达回波信号平行分量透过率的影响,理论计算表明:棱镜晶体厚度、空气膜层厚度及棱镜结构角共同影响回波信号通过偏振棱镜的透过率;当回波信号波长为532nm,利用1/2石英波片测得的偏振平行通道和偏振垂直通道的增益比k为1.2时,机载激光雷达偏振通道增益比k的真实值在1.003～1.463之间,若不考虑1/2波片对k值的影响,会给退偏振比反演带来较大的系统误差.

激光大气闪烁的高频谱特性

采用三波长闪烁仪进行了大气边界层的光传输实验,结果表明:在相同的传播条件下,非平面波激光大气闪烁功率谱的高频部分与波长存在着一定的关系,功率谱无标度区间的斜率即标度指数是一个与湍流强度、波长等因素有关的函数,在满足弱起伏的条件下,标度指数一般与波长呈负相关,波长愈长则标度指数愈小,频谱下降的趋势愈快;波长愈短则标度指数愈大,频谱下降的趋势愈慢。

1/2波片对机载激光雷达偏振探测影响的研究

利用平面平行板模型和晶体膜层理论定量分析了1/2波片对机载激光雷达回波信号偏振探测的影响。计算结果表明:当入射光波长为532nm时,1/2石英波片对机载激光雷达回波信号平行分量与垂直分量透过率比值的影响幅度为0.82～1.196,1/2方解石波片对机载激光雷达回波信号的平行分量与垂直分量透过率比值的影响幅度为0.86～1.27;若用1/2石英波片测得的k=1.2,当考虑石英波片对五的影响时,则偏振探测两通道k的真实值应在1.003～1.463之间;若用1/2方解石波片测得的k=1.2,当考虑方解石波片对k的影响时,偏振探测两通道k的真实值应在0.945～1.395之间。由于1/2波片对k的影响,使机载激光雷达反演得到卷云等探测目标的退偏振比有较大的系统误差。

转动拉曼激光雷达探测大气温度的系统设计及模拟计算

本文对转动拉曼散射激光雷达探测的大气后向散射回波进行了数值模拟计算,计算结果得到了现有的数据的验证,证明了这种设计是可行的。并就激光脉冲能量、发射的激光脉冲数、望远镜的直径和垂直分辨率对转动拉曼激光雷达回波信号信噪比的影响进行了较为详细的分析与讨论,简要分析了测温精度。

D_2受激拉曼散射产生的紫外激光用于O_3差分吸收激光雷达的研究

脉冲Nd∶YAG四倍频激光(266nm)泵浦D2的受激拉曼散射第二级斯托克斯光(316.39nm)用作O3差分吸收激光雷达的λoff。为研究D2的受激拉曼散射效应和定量解释其物理机制作了一系列的实验。通过调节泵浦能量和气体压强,得到了各级散射光的能量转换效率,找到了第二级斯托克斯光的优化条件。

CH_4受激拉曼散射产生紫外激光用于NO_2差分吸收激光雷达的研究(英文)

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。

探测器阵列靶的激光光斑图像复原方法研究

为了准确地测量激光远场光斑参数,使得阵列探测法的研究逐渐成为热点。而阵列式靶板仪靶面探测器受空间物理限制和研发成本等因素影响均不能均匀紧密的排布,这将造成采样光斑失真。利用已知采样点参数对光斑图像实现高精度复原是利用阵列探测法测量光斑参数必须要解决的问题。因此,提出采用改进型的双三次插值算法对光斑图像进行复原。仿真分析并对比改进型双三次插值算法和其他插值算法,结果表明:运用改进型插值算法计算得到光斑总能量误差为1.7%,光斑质心坐标偏移量在x轴方向和y轴方向较最邻近插值算法和双线性插值算法相比均能降低7.8%和3.3%,处理时间较双三次插值算法至少缩短35%。该研究为提高阵列探测法测量远场光斑参数精度积累了一定的理论基础和实验数据。

大气参数廓线测量系统的设计与实现

在激光工程以及天文台选址中,需要对大气湍流以及风、温度和气压等大气参数廓线作深入定量的研究。本文以激光大气传输理论的研究为背景,针对大气中的风、湍流廓线测量方面存在的测量精度问题,对大气参数廓线测量系统的工作原理以及大气湍流测量原理进行了研究并设计出这一系统的实现方案。实验结果表明该系统的可靠性高且易于控制,并且具有较高的灵敏度和测量精度,有较好的实用价值。

红外双波段弱小目标温度特征提取模型研究

针对红外目标远距离识别特征微弱且具有很大不确定性的问题,定量研究了目标红外辐射强度提取精度与图像信噪比关系,并基于红外双波段比色测温原理,建立了目标温度特征提取与置信度估计模型。经静态实验验证,在图像信噪比达到6时,目标温度特征估计区间为10 K,特征估计精度为5 K;经外场试验验证,在图像信噪比达到6时,目标温度特征估计区间为20 K,特征估计精度为10 K。