CINRAD/SA双偏振雷达差分反射率的标定与应用

文章利用高性能仪表开展CINRAD/SA双偏振雷达差分反射率的测试与标定试验,利用太阳法、软件读取法、小雨天顶标定法和金属球标定法等技术评估2个通道一致性和差分反射率的系统误差,比较了各种方法的优劣,并对测量结果和差分反射率在实际降水和冰雹过程中的应用进行了分析,得出结论可与其他双偏振产品结合使用。

应力差分反射对GaAs体材料的应用

应力差分反射术是一种调制光谱技术． 它的测量机理是对半导体材料施加一非均匀的应力，使材料的介电函数发生改变，从而产生与材料的光学跃迁相联系的 Ｄ Ｒ 信号，实现调制的目的． 实验结果表明。

双极化天气雷达差分反射率的标定

以采用"同时发射同时接收水平与垂直极化波"工作模式的WSR-98XD雷达为试验平台,分析后得到了差分反射率系统误差的主要来源分别为:发射机功率分配不均、馈线插损不一致与双通道接收机增益不一致。开展信号源法、太阳法、降雨法3种标定方法的试验,发现3种方法标定结果具有比较好的一致性,发射机功率分配不均与双路馈线插损不一致所引入的误差较小,且相对稳定。探测误差主要来源于接收机有源通道的增益不一致,且在全动态接收范围内该误差起伏与输入信噪比有关,将全动态范围分为大信号段、线性段与小信号段3个区间,分别进行误差标定。试验结果表明,有源通道增益不一致引入的误差时间稳定性较差,需要对其进行定时标校。相比硬件幅相修正方式,软件方式更适合差分反射率这种细微、且在全动态范围具有非线性特点的误差修正。

国产双偏振天气雷达差分反射率测量性能分析

双偏振天气雷达对气象目标差分反射率(Z_(DR))的精确测量是我国新一代天气雷达双偏振升级过程中的一个重要环节。本文介绍了采用机外仪表、机内测试信号、太阳、小雨等方法对双偏振天气雷达系统引入的Z_(DR)偏差进行测量的原理,分析了影响Z_(DR)测量精度的关键因素,即发射机、接收机和方位旋转关节引入的Z_(DR)动态偏差。比较了各种标定方法的优点和局限性。以南京大学C波段双偏振雷达为例,给出了采用机外仪表、太阳、小雨方法对雷达系统引入的Z_(DR)偏差的实测结果,并对测量结果进行了比较分析,发现3种方法的测量结果具有较好的一致性;且Z_(DR)测量值随方位角的变化具有一定的规律,因此随着双偏振雷达的长期运转,方位旋转关节的影响不可忽略。本文对未来我国双偏振雷达的业务运行和组网观测具有一定的参考价值。

X波段双线极化雷达差分反射率的衰减订正

同时发射水平和垂直极化电磁波的双线极化雷达,能同时获取两个通道的反射率和相位。使用极化雷达极化分集的物理基础是降水粒子在下落过程中总是呈现扁椭球形状,在平衡时,降水粒子椭率与其体积有关,差分反射率就是衡量粒子椭率大小的物理量。但是由于水平和垂直方向的差异,导致了这两个方向的衰减出现差异,进而导致差分反射率不能真实地反映粒子的椭率大小,所以必须进行衰减订正。本文使用实际雷达回波资料,利用反射率和差分反射率之间的约束关系,同时考虑了探测仰角对差分反射率的影响,通过统计拟合的方法,确定了差分衰减与差分传播相移之间的关系。在此基础上,比较了一次层状云个例的两个比较均匀降水区域在订正前后的差异。结果表明,雷达RHI、PPI图像在订正前后发生了明显的变化,差分反射率与反射率之间的关系得到改善,说明这种订正方法的可行性和实用性。这种使用实际雷达资料本身的约束关系进行订正的方法,可以灵活地根据不同的雷达、不同的地点、不同的天气环境统计相应的订正参数,因此避免了诸如温度等的变化对订正参数的影响,具有较好的实际应用前景。

差分反射率Z_（DR）和反射率Ze测雨精度的对比分析

本文根据大量不同类型降雨的雨滴谱资料，分析了两种雷达测雨与滴尺度分布的关系，模拟计算了双线偏振雷达可测到的（Ｒ／ＺＨ）－ＺＤＲ和常规天气雷达可测到的Ｚ—Ｒ经验关系和它们在测量降雨率精度的对比分析。表明差分反射率ＺＤＲ对改进雷达测雨的精度有着明显的优势。

双线偏振雷达差分反射率因子系统误差订正

差分反射率因子ZDR易受雷达系统自身的影响而产生明显偏差,这种偏差是不随空间积累而改变的。为了保证雷达资料及其产品的质量,根据中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室车载C波段双线偏振多普勒雷达(C-band Polarimetric Doppler Radar on Wheel,CPDRW)的外场试验,对观测的ZDR进行了分析,并以垂直扫描数据的订正结果为参考,重点讨论了以体扫模式最高仰角下的小雨和干雪这两种自然目标物为订正对象得到的订正结果。结果表明,高仰角体扫资料的这两种自然目标物都能较好地订正ZDR的系统误差。但相较于小雨,干雪的订正效果更加稳定,是进行ZDR系统误差订正的最优气象目标物,而利用高仰角体扫资料的干雪粒子进行ZDR系统误差订正也就成为垂直扫描订正法的最佳替代方法。

基于交叉-平行法的双偏振雷达差分反射率硬件定标

双偏振天气雷达具有改善测雨精度及识别降水粒子相态的能力,但其系统自身有可能会对差分反射率因子(ZDR)的测量精度产生明显的偏差,从而降低气象产品的可靠度。美国利用升级为双偏振的WSR-88D进行了大量试验,认为需要校正传输信号在发射和接收通道路径上引起的差异。本文根据其试验报告,以我国研制的车载C波段双偏振多普勒雷达作为试验平台,对比分析后得出产生ZDR系统误差的主要来源为:发射通路、接收通路与天线支路。因此,使用交叉与平行法消除测试信号及设备产生的差异影响,对3部分路径重要节点进行测量并计算出水平、垂直两通道的相对偏差值,进而订正ZDR。其中,天线支路偏差值长期稳定,可相应减少测量次数;发射、接收通路的偏差值会随设备运行产生随机变化,需定期进行测量。以体扫模式最高仰角下的干雪为自然目标物的方法来验证定标的效果,结果表明此方法可较好地订正ZDR的系统误差,为今后偏振雷达业务应用提供了一套消除ZDR系统误差的有效方法。

双发双收双偏振天气雷达差分反射率工程标定方法

分析了利用小雨、太阳、边界层顶的Bragg散射、地物等外界目标对双偏振天气雷达差分反射率(Zdr)进行标定的原理和局限性,介绍了一种可以在线获得发射机、接收机和天线引入的Zdr偏差的工程标定方法,并提出了一种提高Zdr测量精度的方法,即在每个脉冲重复周期,实时测量每个通道的发射功率耦合测试信号和气象目标回波信号在接收机数字中频的输出值,用于补偿发射功率和接收机增益的变化。该文介绍的两种工程标定方法可用于水平通道和垂直通道同时发射同时接收的双偏振天气雷达系统,能够满足在线实时标定的业务运行要求。

偏振差分反射光谱研究半导体材料的平面内光学各向异性

介绍了偏振差分反射光谱的原理,并结合半导体材料平面内光学各向异性的来源,总结了偏振差分反射光谱作为一种重要的表面、界面分析技术在半导体材料研究中的应用,并分析指出其在Si基材料电光改性研究中将会起到重要作用。

光弹调制差分反射分析系统的建立与应用

本文搭建了一套光弹调制差分反射分析系统.这套试验系统不仅可以用于常规方法很难测量或很难精确测量的薄膜的光学性质和介电性质的研究,还可用来分析薄膜或埋藏界面的应力状态和各向异性特征以及任何气体环境下薄膜生长的原位动力学监测,且测量精度比传统测量精度大大提高.已将其成功用于薄膜光学性能和磁光测量中.在系统被成功用于科研的基础上,开发了"用偏振光调制技术测量薄膜光学常数"的学生实验,将这一最新的学术研究成果引用到了学生的实验中,使学生们能利用所学到的基本知识解决科学研究中的学术问题,实现了科研成果向教学内容的转化.

GaAs/AlGaAs多量子阱材料差分反射光谱

介绍了一种新型的空间调制光谱技术—差分反射 ( DR)光谱技术 .利用振动光束差分反射测试系统 ,获得了 Ga As/Al Ga As多量子阱材料的 DR谱 ,初步分析了 DR信号的产生机制 .通过与材料的 PR谱及反射光谱的一阶微商谱比较分析 ,论证了 DR光谱技术用于多量子阱量子化跃迁观测的理论可行性 ,并从实验角度证明了 Ga As/Al Ga As多量子阱材料的

用双线偏振雷达的差分反射率Z_（DR）技术测量降雨和雨滴谱的研究

通过计算分析用双线偏振雷达可测到的差分反射率ＺＤＲ（ｄＢ）和反射率ＺＨ（ｄＢｚ）与降雨率Ｒ（ｍｍ·ｈ－１）的关系，得知ＺＤＲ与滴谱尺度分布和不同截断直径谱的谱型变化有关。用（ＺＤＲ，ＺＨ）双参数技术可以推测雨滴尺度分布的形状变化在测量降雨上的影响，能有效提高测而精度，并可提供相态雨区水成物粒子信息。

基于差分反射光谱的真空环境有机薄膜生长在线监测方法

有机薄膜器件是微电子和光电子领域的重点研究方向。薄膜制备过程的在线监测作为研究成膜机理和优化工艺参数最直接的测量手段,对薄膜器件的高质量制备具有重要意义。为实现真空环境有机薄膜制备过程的实时在线监测,提出了一种基于差分反射光谱术的高精度测量方法。采用离轴抛物面反射镜、光学平板和光纤等基本光学元器件构建紧凑型光路系统,运用差分算法分析光谱信号,具有较高的测量性能。测试了不同实验环境下光谱信号的波动,得出在控温条件下,系统的长时间测量重复性优于2‰。还研究了并五苯分子通过分子束外延制膜法在Au基底成膜初始阶段的生长过程。通过与膜厚仪和原子力显微镜测试结果比对,光谱信号精确反映出超薄膜在生长中引起的细微光学演变,其测量精度优于亚单分子层。实验结果表明,该差分反射光谱测量系统具有宽光谱（300～820nm）、高稳定性（重复性优于2×10^-3）、高测量精度（亚单分子层）等特点,并有效地抑制了光路装配误差、光学器件缺陷和环境干扰等对光信号的影响,作为一种高精度表面表征方法,适合于薄膜制备过程的实时在线监测。

双偏振雷达差分反射率定标故障分析

在双偏振天气雷达中,差分反射率标定ZDR为最重要的雷达系统参数,差分反射率定标故障,不仅降低定量测量降水的精度,也会对降水粒子的相态识别产生重大的偏差。根据C波段双偏振雷达的接收机的特点,论述了双偏振雷达与差分反射率定标相关的信号主通道流程,由于雷达系统无故障自动定位功能,技术人员根据雷达相关告警信息以及雷达自带的测试软件,依靠仪表测试,分步排查引起差分反射率异常的故障点,排查故障。

双偏振多普勒天气雷达差分反射率因子的测量误差

针对同时发射、同时接收体制双偏振多普勒天气雷达,论述了测量差分反射率因子时雷达应满足的基本要求,提出了测量差分反射率因子时能够引入误差的3类因素,即雷达测量基本要求不满足、接收机噪声和散射粒子相对运动引起的回波功率起伏、云雨目标对水平极化波和垂直极化波衰减的不同,并分别对影响差分反射率因子测量误差的各种因素及其影响程度,进行了深入研究和分析。

差分反射因子测量误差分析

针对同时发射、同时接收体制双偏振多普勒天气雷达,论述了测量差分反射因子时雷达应满足的基本要求,提出了测量差分反射因子时能够引入误差的三类因素,即雷达测量基本要求不满足、接收机噪声和散射粒子相对运动引起的回波功率起伏、云雨目标对水平极化波和垂直极化波衰减的不同,并分别对影响差分反射因子测量误差的各种因素及其影响程度,进行了深入研究和分析。

使用气象目标物验证珠海-澳门双偏振雷达的差分反射率标定

为了寻求适合珠海-澳门双偏振雷达的差分反射率标定方法,提升其探测的准确性和稳定性,对珠澳雷达的太阳法和垂直指向法的标定结果进行了分析对比。对比表明两个标定方法确定的系统偏差之间存在较大的差异。为了确定真实的系统偏差,基于业务运行的体积扫描数据,在初始差分相移订正的基础上,用差分相移、反射率、信噪比和相关系数作为筛选条件,筛选了适合作为标定参照物的小雨和干雪,对珠澳雷达的标定结果进行了验证并分析了标定误差的成因。结果表明以小雨和干雪作为目标物得到的差分反射率系统偏差和太阳扫描法得到的结果非常一致,且在超过两个月时间内表现较为稳定,可以用于对雷达系统的差分反射率偏差进行长期的在线监控。垂直指向法标定的结果存在明显偏差。与英国Thurnham C波段雷达以及南京大学C波段雷达的垂直入射标定数据的横向对比和分析表明,珠澳雷达的垂直指向法标定受到位于天线罩顶部的航空障碍灯和维护窗的影响,使得标定结果出现偏差。

基于差分反射高光谱成像的薄层TMDC材料检测技术研究

二维过渡金属硫化物(TMDC)材料因为独特的激子效应和材料学性质,在太阳电池、光催化、传感器、柔性电子器件等领域得到广泛的应用。层数对其性质有显著的调控作用,自动检测识别所需层数的样品是其从实验室走进半导体制造工业的重要技术需求。本文结合反射高光谱成像技术与图像处理算法,发展了一种二维TMDC薄层样品的显微成像自动检测技术。基于自主搭建的反射高光谱成像系统,对制备的不同层数TMDC标准样品进行了光学对比度的系统研究,阐明了层数的差分反射光谱机理,提出了可靠的层数判定方法。基于传统边缘检测技术优化设计了一套图像处理算法,实现了TMDC样品的图像检测及层数鉴定。本文方法具有普遍性、实用性,结合自动对焦的扫描控制,能够实现大规模的自动化样品检测,这也为其他表面目标的显微识别和检测提供了新的灵感和参考。

用非入侵差分反射法跟踪肿瘤的充氧演变

在固体肿瘤的治疗过程中,缺氧症是一个耐辐射的因素。为了使这种肿瘤敏感辐射,可让病人吸入氧及二氧化碳混合气体(95%O_2-5%CO_2),当肿瘤的充氧因吸入这种混合气体而增加到最高峰时,重要的是对肿瘤进行照射。一种名为DADOT的非侵入式监测仪器可以估计肿瘤组织中充氧血红蛋白与脱氧血红蛋白的相对比例。其原理是测量血红蛋白对红光或者红外辐射吸收的变化。发射波长分别为0.66μm和0.94μm的两个电致发光二极管与两根光纤耦合,而光纤的末端则靠近肿瘤。充氧形式和非充氧形式的血红蛋白对这两种波长的吸收是有差异的。向后散射至皮肤表面的光由第三根光纤接收,并由配有放大器的一个光电二极管测量。我们用该仪器跟踪了两个肿瘤系在吸入氧及二氧化碳混合气体过程中肿瘤充氧的变化。我们在一个病人身上也做了这样的试验。初步的结果表明,DADOT是一种可靠的仪器,它能给出可重复的结果,并可日常用于跟踪病人肿瘤的充氧变化。