收发分置氦激光雷达系统参数设计与性能分析

针对收发分置氦激光雷达系统,基于连续激光束成像技术,获得了不同收发分置距离下对应的距离分辨率大小,以及单列CCD像素元与高度的对应关系和距离分辨率随高度的变化曲线.对比分析了在不同亚稳态氦原子密度的条件下,系统单列像素元接收到的光子数与探测高度的对应关系,并获得了信噪比和相对误差随探测高度的变化情况.仿真结果表明,增加积分时间可以提高信噪比,在400~1 000 km的高度范围内,积分时间为2 h,距离分辨率为50 km时,信噪比在10~65范围内,相对误差小于10%.研究结果表明采用收发分置氦共振荧光激光雷达系统可实现对热层200~1 000 km亚稳态氦密度的探测,为进一步完善优化收发分置氦共振荧光激光雷达系统的方案提供参考.

亚稳态氦共振荧光激光雷达系统方案比较分析

对脉冲光和连续光两种激光雷达系统进行了改进,在原有激光雷达系统的基础上进一步细化设计参数,并结合系统本身限制选择更合适的设备。对两种激光雷达系统回波信号进行模拟计算,并就信噪比和实现难度等方面进行了对比,结果表明,脉冲光激光雷达更合适探测热层和外逸层亚稳态氦密度。

热层氦激光雷达系统参数设计和性能分析

为满足氦(He)激光雷达系统的探测指标,实现200~1000km大气中He原子密度的测量,对He密度探测激光雷达系统的参数和性能进行设计(主要包括激光发射部分、光学接收部分、数据采集和控制部分),对比在不同亚稳态He密度、不同积分时间、不同距离分辨条件下系统接收光子数与距离的关系,其中亚稳态He的密度对信号强度的影响最大。用较低高度的瑞利散射信号标定共振荧光信号,获得相对数密度曲线和信噪比(SNR)曲线。仿真结果显示,在积分时间为30min,距离分辨为50km,亚稳态He原子[He(2~3S)]密度最低的情况下,在250~530km高度范围内,相对误差小于2%,SNR大于40。结果证明系统设计的参数可以满足高层大气He原子密度的探测要求,对将来系统的实现有一定参考价值。