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基于扫描F-P标准具的高光谱分辨低平流层温度探测 被引量:3
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作者 上官明佳 夏海云 +8 位作者 舒志峰 窦贤康 王冲 裘家伟 韩於利 赵若灿 张飞飞 郭洁 高园园 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第12期26-32,共7页
报道了一种基于扫描F-P标准具的高光谱分辨低平流层大气温度探测技术.通过扫描F-P标准具,获得大气分子瑞利后向散射的透过率分布.对该透过率进行非线性拟合,由拟合得到的谱宽计算大气温度分布.为了减小频率不稳定引起的系统误差,采用静... 报道了一种基于扫描F-P标准具的高光谱分辨低平流层大气温度探测技术.通过扫描F-P标准具,获得大气分子瑞利后向散射的透过率分布.对该透过率进行非线性拟合,由拟合得到的谱宽计算大气温度分布.为了减小频率不稳定引起的系统误差,采用静态的F-P标准具实时监测激光出射频率,并在数据处理中进行补偿.由时间分辨率2000 s的激光雷达原始信号的信噪比,根据最大似然估计误差分析,该方法在30km以下的探测误差小于1.9K,50km以下的探测误差小于9.8K.在对比实验中,在18~36km高光谱分辨激光雷达与探空气球探测的温度廓线最大偏差4.7K;在27~34km,高光谱分辨激光雷达与瑞利积分激光雷达探测的温度最大偏差2.7K.在15~27km,由于气溶胶的污染,瑞利积分激光雷达的温度明显偏离其他两种探测结果,最大偏差达22.8K. 展开更多
关键词 大气光学 平流层温度 高光谱分辨激光雷达 瑞利散射 F-P标准具
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积分球在瑞利测风激光雷达中的应用 被引量:3
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作者 高园园 舒志峰 +4 位作者 孙东松 夏海云 张飞飞 韩於利 上官明佳 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2014年第11期3547-3554,共8页
入射到标准具上的光斑强度分布影响标准具透过率曲线的形状,进而影响风速反演。将激光入射进积分球后在腔壁上发生漫反射,出射激光光斑变均匀,从而使标准具的透过率曲线更准确。同时出射激光脉冲的宽度在时域上变宽,提高了探测的信噪比... 入射到标准具上的光斑强度分布影响标准具透过率曲线的形状,进而影响风速反演。将激光入射进积分球后在腔壁上发生漫反射,出射激光光斑变均匀,从而使标准具的透过率曲线更准确。同时出射激光脉冲的宽度在时域上变宽,提高了探测的信噪比,扫描得到的标准具的透过率曲线也更稳定。同样的道理,锁定通道的锁定过程也由于这两点改变而更精确。积分球的这两点特性用于355 nm瑞利测风激光雷达系统中将大大提高探测的稳定性和信噪比。将激光通过积分球后扫描透过率曲线,在风速大小为±100 m/s的范围内计算得到的风速误差最大值为0.061 m/s,平均值为0.054 m/s。 展开更多
关键词 积分球 光斑 脉冲展宽 激光雷达
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瑞利多普勒测风激光雷达的频率标定方法 被引量:2
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作者 上官明佳 夏海云 +5 位作者 华政宇 岑晔涛 王冲 裘家伟 舒志峰 窦贤康 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期292-298,共7页
频率标定是瑞利测风激光雷达的关键技术。瑞利测风激光雷达中,通过改变压电陶瓷管的电压实现连续调谐F-P标准具腔长,使出射激光频率处于双边缘透过率曲线的交点处。在连续调谐时,由于压电陶瓷管的磁滞效应引起腔长调谐非线性,从而导致... 频率标定是瑞利测风激光雷达的关键技术。瑞利测风激光雷达中,通过改变压电陶瓷管的电压实现连续调谐F-P标准具腔长,使出射激光频率处于双边缘透过率曲线的交点处。在连续调谐时,由于压电陶瓷管的磁滞效应引起腔长调谐非线性,从而导致系统误差。分析了该误差的原因及特性,提出了静态软件补偿和动态调频跟踪相结合的频率标定方法。若激光出射频率相对F-P标准具漂移小于100 MHz时,在数据反演时补偿该频率偏差;若相对频率漂移大于100 MHz时,将F-P标准具先退回预设腔长以下,通过逐步增加电压的方式,重新实现频率锁定,保证锁定过程处在磁滞回线的电压上升段,避免了磁滞效应引起的误差。多普勒激光雷达与无线电探空仪的两组对比实验中,在15~30km高度,风速最大偏差6.22m/s,平均偏差1.12m/s。 展开更多
关键词 测风激光雷达 瑞利散射 F-P标准具
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高功率光纤激光器中ASE噪声的测量方法(英文)
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作者 贾晓东 夏海云 +1 位作者 上官明佳 窦贤康 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期27-31,共5页
高峰值功率脉冲光纤激光器在激光雷达系统中有着广泛的应用。然而,光纤激光器中放大自发辐射噪声(ASE)严重影响了系统的探测性能。提出一种测量高峰值功率脉冲光纤激光器中ASE噪声的方法。在该方法中,首先对高峰值功率的激光脉冲衰减,... 高峰值功率脉冲光纤激光器在激光雷达系统中有着广泛的应用。然而,光纤激光器中放大自发辐射噪声(ASE)严重影响了系统的探测性能。提出一种测量高峰值功率脉冲光纤激光器中ASE噪声的方法。在该方法中,首先对高峰值功率的激光脉冲衰减,然后在时域分别测量和计算ASE噪声和激光脉冲的相对能量。给出了光纤激光器在驱动电流分别为6A,7A和8A时衰减后的ASE噪声廓线以及ASE噪声占激光脉冲能量的比例。 展开更多
关键词 高功率光纤激光器 放大自发辐射 ASE比例 ASE廓线 激光雷达
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Comprehensive wind correction for a Rayleigh Doppler lidar from atmospheric temperature and pressure influences and Mie contamination 被引量:3
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作者 上官明佳 夏海云 +5 位作者 窦贤康 王冲 裘家伟 张云鹏 舒志峰 薛向辉 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第9期271-275,共5页
A correction considering the effects of atmospheric temperature, pressure, and Mie contamination must be performed for wind retrieval from a Rayleigh Doppler lidar(RDL), since the so-called Rayleigh response is dire... A correction considering the effects of atmospheric temperature, pressure, and Mie contamination must be performed for wind retrieval from a Rayleigh Doppler lidar(RDL), since the so-called Rayleigh response is directly related to the convolution of the optical transmission of the frequency discriminator and the Rayleigh–Brillouin spectrum of the molecular backscattering. Thus, real-time and on-site profiles of atmospheric pressure, temperature, and aerosols should be provided as inputs to the wind retrieval. Firstly, temperature profiles under 35 km and above the altitude are retrieved, respectively,from a high spectral resolution lidar(HSRL) and a Rayleigh integration lidar(RIL) incorporating to the RDL. Secondly,the pressure profile is taken from the European Center for Medium range Weather Forecast(ECMWF) analysis, while radiosonde data are not available. Thirdly, the Klett–Fernald algorithms are adopted to estimate the Mie and Rayleigh components in the atmospheric backscattering. After that, the backscattering ratio is finally determined in a nonlinear fitting of the transmission of the atmospheric backscattering through the Fabry–Perot interferometer(FPI) to a proposed model.In the validation experiments, wind profiles from the lidar show good agreement with the radiosonde in the overlapping altitude. Finally, a continuous wind observation shows the stability of the correction scheme. 展开更多
关键词 Rayleigh Doppler lidar Rayleigh–Brillouin spectrum temperature PRESSURE Mie contamination
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联合时频分析在相干测风激光雷达中的应用 被引量:2
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作者 刘燕平 王冲 +2 位作者 吴云斌 上官明佳 夏海云 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2018年第12期73-80,共8页
相干测风激光雷达具有风场测量精度高、高时空分辨率、探测范围广等突出优点,已广泛应用于风切变探测、飞机尾流探测、风力发电和大气湍流探测等方面。如何从大气回波信号中提取微弱的多普勒频移信息是激光雷达信号处理的难点。基于大... 相干测风激光雷达具有风场测量精度高、高时空分辨率、探测范围广等突出优点,已广泛应用于风切变探测、飞机尾流探测、风力发电和大气湍流探测等方面。如何从大气回波信号中提取微弱的多普勒频移信息是激光雷达信号处理的难点。基于大气分层模型仿真生成相干激光雷达大气回波信号,对模拟回波信号应用不同的时频分布进行时频分析。随后对比了时频分析的效果,自适应最优核时频分布具有运算量小,交叉项抑制效果好,时频聚集度高等优点。最后,使用1.5μm相干多普勒激光雷达于2017年3月份在安徽合肥进行实地观测,将自适应最优核时频分布应用于实测数据,与传统的快速傅里叶方法对比风速反演结果。结果表明:自适应最优核时频分布能更好地反映出风速细节信息,3 km内距离分辨率为1.2 m,3 km后经平滑保持了对远场弱信号风速估计的连续性,时间分辨率为1 s时其最远水平探测范围约在6 km。 展开更多
关键词 时频分析 相干测风激光雷达 大气分层模型
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Correction of temperature influence on the wind retrieval from a mobile Rayleigh Doppler lidar 被引量:1
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作者 赵若灿 夏海云 +5 位作者 窦贤康 孙东松 韩於利 上官明佳 郭洁 舒志峰 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第2期230-236,共7页
A mobile Rayleigh Doppler lidar based on double-edge technique is implemented for simultaneously observing wind and temperature at heights of 15 km-60 km away from ground.Before the inversion of the Doppler shift due ... A mobile Rayleigh Doppler lidar based on double-edge technique is implemented for simultaneously observing wind and temperature at heights of 15 km-60 km away from ground.Before the inversion of the Doppler shift due to wind,the Rayleigh response function should be calculated,which is a convolution of the laser spectrum,Rayleigh backscattering function,and the transmission function of the Fabry-Perot interferometer used as the frequency discriminator in the lidar.An analysis of the influence of the temperature on the accuracy of the Une-of-sight winds shows that real-time temperature profiles are needed because the bandwidth of the Rayleigh backscattering function is temperature-dependent.An integration method is employed in the inversion of the temperature,where the convergence of this method and the high signal-to-noise ratio below 60 km ensure the accuracy and precision of the temperature profiles inverted.Then,real-time and on-site temperature profiles are applied to correct the wind instead of using temperature profiles from a numerical prediction system or atmosphere model.The corrected wind profiles show satisfactory agreement with the wind profiles acquired from radiosondes,proving the reliability of the method. 展开更多
关键词 Rayleigh Doppler lidar temperature observation wind observation stratosphere and lower meso-sphere
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1.5 μm能见度激光雷达的波长修正模型比较
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作者 任敬宇 尚祥 +3 位作者 上官明佳 王冲 裘家伟 夏海云 《光电子》 2016年第4期139-148,共10页
大气能见度在大气污染监测和保障航空、航海及陆上交通安全等方面具有重要作用。1.5 μm能见度激光雷达具有人眼允许最大曝光功率大,易于实现眼安全,可实现小型化和模块化等优点,适用于人员密集的场所。大气能见度定义为当550 nm准直激... 大气能见度在大气污染监测和保障航空、航海及陆上交通安全等方面具有重要作用。1.5 μm能见度激光雷达具有人眼允许最大曝光功率大,易于实现眼安全,可实现小型化和模块化等优点,适用于人员密集的场所。大气能见度定义为当550 nm准直激光经大气衰减到出射功率的2%或5%时所传输的大气距离,因此当采用1.5 μm激光时,需要进行波长修正。本文总结了现有的几种波长修正模型,并对它们之间的差异进行了分析。为了比较各种模型,研制了1.5 μm能见度激光雷达,并在2014年10月份于安徽合肥进行了连续24小时的能见度观测。通过与前向散射能见度仪进行比较,确认Kim模型与合肥实际情况最为吻合,平均相对误差小于7.8%。 展开更多
关键词 能见度 1.5 μm 激光雷达 波长修正模型
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双边缘瑞利测风技术中信号通道分光比对风速反演的影响 被引量:4
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作者 上官明佳 夏海云 +5 位作者 舒志峰 孙东松 张飞飞 胡冬冬 韩於利 高园园 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第7期236-241,共6页
理论分析表明,双边缘瑞利测风激光雷达技术中,信号通道分光精度影响风速测量精度。因此,在风速误差计算上,需考虑分光比误差,且尽量选择分光稳定性好的仪器。在激光雷达中,常常利用光纤分束器与分束片进行分光。分束片的分光受大气退偏... 理论分析表明,双边缘瑞利测风激光雷达技术中,信号通道分光精度影响风速测量精度。因此,在风速误差计算上,需考虑分光比误差,且尽量选择分光稳定性好的仪器。在激光雷达中,常常利用光纤分束器与分束片进行分光。分束片的分光受大气退偏振效应影响,分光不稳定;而光纤分束器分光比需测量,存在测量误差。分析可得,在纯分子散射环境下,由于退偏振效应引起分光片的相对变化为0.07%-0.63%;实验测得多模光纤分束器分光比均值为1.018,标准偏差为0.4%,分析比较后选用分光稳定较好的光纤分束器。最后,进行了瑞利多普勒激光雷达与探空气球的联合测风实验,实验结果表明两者风场分布吻合得较好。 展开更多
关键词 激光遥感 测风 瑞利散射 光纤分束器 分束片
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差分像移湍流廓线激光雷达测量误差分析 被引量:5
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作者 郭洁 孙东松 +5 位作者 强希文 夏海云 舒志峰 韩於利 赵若灿 上官明佳 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第8期21-26,共6页
差分像移激光雷达可以测量随距离分布的大气湍流廓线。在结合测量原理和定性分析的基础上,经过严格的数学推导得到了差分像移激光雷达测量湍流的误差公式,提供了定量分析和改进系统性能的基础:在系统参数确定后,通过合理分配探测点间距... 差分像移激光雷达可以测量随距离分布的大气湍流廓线。在结合测量原理和定性分析的基础上,经过严格的数学推导得到了差分像移激光雷达测量湍流的误差公式,提供了定量分析和改进系统性能的基础:在系统参数确定后,通过合理分配探测点间距以及每个探测点的探测时间可以达到最好的测量效果。根据模拟分析的结果,测量误差主要来源于光斑质心计算误差和有限样本引起的统计误差。近距离测量时,由于接收到的光子信号很强,光斑质心计算误差的影响很小,此时样本统计误差起主导作用;随着距离的增加,光斑质心计算误差的影响越来越大。 展开更多
关键词 大气光学 大气湍流 差分相移 大气折射率结构常数 误差分析
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基于Golay脉冲编码技术的相干激光雷达仿真研究 被引量:7
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作者 周艳宗 王冲 +2 位作者 魏天问 上官明佳 夏海云 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期253-260,共8页
针对相干激光雷达远场回波信号信噪比低,提取困难的问题,提出了脉冲编码技术,以改善系统信噪比,增大雷达探测距离。研究了相干激光雷达系统中Golay码的编码和解码原理,理论分析了采用脉冲编码技术对系统信噪比的提升效果。基于大气分层... 针对相干激光雷达远场回波信号信噪比低,提取困难的问题,提出了脉冲编码技术,以改善系统信噪比,增大雷达探测距离。研究了相干激光雷达系统中Golay码的编码和解码原理,理论分析了采用脉冲编码技术对系统信噪比的提升效果。基于大气分层模型仿真生成了相干激光雷达时域回波信号。基于Golay码解码原理得到了脉冲编码系统的风速结果,仿真结果表明,时间分辨率为1s,距离分辨率为60m的情况下,使用Golay编码脉冲作为相干激光雷达的探测脉冲,在0~5.3km范围,风速误差小于3m·s^(-1)。在相同的测量时间内,相比于传统脉冲相干激光雷达,基于脉冲编码技术的相干激光雷达将探测距离提高了2.5km,提高了远场弱信号的信噪比。 展开更多
关键词 遥感 相干激光雷达 Golay编码 大气分层模型 信噪比
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探测器非线性响应对能见度激光雷达的影响 被引量:4
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作者 魏天问 王冲 +2 位作者 上官明佳 尚祥 夏海云 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2018年第11期87-92,共6页
在光子计数模式的激光雷达应用中,回波信号的动态范围大。激光雷达的远场回波信号处于探测器的线性输出区间,无需进行校准;近场信号基本处于探测器的非线性响应区,需要进行校准。为了提高远场信号的信噪比,提出了一种校准方法。依据脉... 在光子计数模式的激光雷达应用中,回波信号的动态范围大。激光雷达的远场回波信号处于探测器的线性输出区间,无需进行校准;近场信号基本处于探测器的非线性响应区,需要进行校准。为了提高远场信号的信噪比,提出了一种校准方法。依据脉冲激光雷达方程,使用远场信号反演得到修正的近场信号,并与接收的回波信号作比较,得到校准因子。进一步使用校准因子修正前后的数据分别反演了能见度,并与能见度仪的探测结果作比较。结果显示:对于未修正的数据,远场信号反演与能见度仪得到的能见度平均偏差和标准差分别为0.57km和1.89km,而近场信号的平均偏差大于10km。由修正后的数据得到的能见度与能见度仪的结果符合得很好,平均偏差和标准差分别为0.43km和0.76km。 展开更多
关键词 激光雷达 校准因子 非线性修正 能见度 单光子探测器
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