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西安理工大学
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找到 19 条结果
[硕士论文] 何廷尧
测试计量技术及仪器 西安理工大学 2009(学位年度)
摘要:大气中的尘埃、烟雾、云等气溶胶粒子主要分布在对流层,对大气的辐射平衡、化学过程和气候变化都有重要的影响。激光雷达在对流层气溶胶光学特性探测方面具有其它探测手段无法比拟的优势,成为观测大气气溶胶时空分布的重要手段之一。
  自行研制的小型Mie散射激光雷达系统选用532nm波长激光作为光源,采用全固化结构,由单片机控制电机转动扫描,实现大气气溶胶光学特性及水平能见度测量。对系统的重叠因子Y(r)及Mie散射激光雷达反演数据算法进行了研究和探讨。
  为改善激光器的出射光斑质量,提高Mie散射激光雷达系统的探测能力,设计了一个采用数字化测量、逻辑控制,通过改变半导体制冷硅(TEC)的电流方向来进行加热或制冷的激光器二级温度控制系统。实验结果表明,设计的温控系统能够有效改善激光光斑质量,探测距离明显变远。
  利用研发的实验平台对西安城区上空的气溶胶进行连续观测,采用Fernald法反演气溶胶消光系数,得出西安城区不同时刻消光系数的高度分布廓线、以及24小时内大气边界层高度的时空变化特性,并对大气水平能见度进行了连续观测,其结果与当地气象部门提供的水平能见度数据的变化趋势基本一致。
  最后,在分析研究气溶胶消光系数反演误差的基础上,针对小型Mie散射激光雷达的探测距离和探测精度,采用光子计数器进行光电探测以及使用对数放大器进行电信号放大等进行优化设计,提出设计方案。
[期刊论文] 王强 何廷尧 华灯鑫
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EI CSTPCD 北大核心
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摘要:基于激光诱导生物荧光技术,分别采用紫外355 nm和266 nm激光作为激发光源,构建生物气溶胶荧光雷达监测系统模型.综合考虑不同激发波段,臭氧吸收以及太阳背景光等因素对激光雷达荧光探测效果的影响,对系统性能进行数值仿真分析.仿真结果表明,在四倍频266 nm紫外波段的激光激发下,系统受地表臭氧的影响,白天的有效探测距离非常有限;在系统信噪比为10(SNR=10),臭氧浓度为50 μg/L时,最大探测距离仅为300 m;而夜间情况下,太阳背景光影响减弱,探测距离约为450 m.三倍频355 nm激发时,臭氧对系统的探测性能影响较小,夜间探测距离可达750 m;白天太阳背景光对355 nm的系统影响较大,在相同0.5 mrad接收视场角下,其有效探测距离约为330m.为减少白天背景光的影响,将望远镜接收视场角压缩到0.3 mrad,同时选用50 nm带宽的滤光片,此时系统的探测距离为480m.由于355 nm波段的激发荧光受白天太阳背景光的影响较大,在进行夜间探测时才可获得较好的效果;而266 nm的激发波段可以很好的抑制背景光影响,能够实现对生物气溶胶的白天有效探测....
[期刊论文] 毛建东 华灯鑫 何廷尧
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EI CSTPCD 北大核心
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摘要:介绍了一台自行研制的用于大气气溶胶光学特性和水平能见度测量的小型米散射激光雷达系统,并进行了一系列观测实验和分析.系统选用532 nm波长激光作为光源,采用Fernald反演算法对接收到的大气回波信号进行反演得到气溶胶消光系数.通过对西安城区上空的气溶胶光学特性进行连续观测,测得了西安城区不同时刻消光系数的高度分布廓线、以及24小时内大气边界层高度的时空变化特性,并对大气水平能见度进行了连续观测,其结果与当地气象部门提供的水平能见度数据的变化趋势基本一致.观测结果表明,利用该米散射激光雷达可以对大气气溶胶光学特性和水平能见度进行有效测量....
摘要:针对全球范围内大气参数实时监测技术需求,以地表30千米内与人类活动密切相关的大气空间为探测对象,依据大气分子的拉曼散射原理,开展具有自主知识产权的紫外域波长激光雷达探测大气水汽、温度和气溶胶特性的系统及实验研究,主要涉及拉曼激光雷达系统探测技术、微弱信号提取技术与方法、大动态范围的数据拼接与校正技术、多参量并行精细探测及反演技术和模块化系统集成技术与对比实验研究等多学科交叉技术。结合多年来研究大气水汽和温度拉曼激光雷达技术的积累,研制了以特殊分色片和窄带干涉滤光片为核心的高性能拉曼分光系统,实现了大气分子的振动和转动拉曼信号的高效精细提取技术,构建了拉曼激光雷达系统,实现了对大气水汽、温度与气溶胶廓线的精细探测。长期实验探测性能稳定,可靠性高,可作为区域性大气和空间环境地基激光雷达监测基地继续开展长期观测实验研究。...
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EI CSTPCD 北大核心
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摘要:为了评估激光诱导荧光雷达对生物气溶胶粒子的有效探测距离及随生物气溶胶浓度变化的敏感性,在阐述生物气溶胶探测原理的基础上,设计了一台激光诱导荧光雷达.该雷达选用波长为355 nm的二极管抽运的Nd:YAG固体激光器作为激励光源,基于脉冲能量、脉冲数量、滤光片带宽、望远镜口径、接收视场角以及生物气溶胶粒子荧光非弹性散射截面积等主要参数,对生物气溶胶荧光回波信号的信噪比进行数值仿真.仿真结果表明,生物气溶胶粒子的质量分数为10-12时,在探测误差小于10%的情况下,系统在白天和夜晚的有效探测距离分别可达1.0 km和7.8 km;而在探测距离定义为0.5 km时,系统对生物气溶胶质量分数的最小分辨能力,白天和夜间分别为1.8×10-13和1.0×10-14.仿真结果有利于了解激光诱导荧光雷达系统的最优参数设定和最佳的实验环境,进而实现对生物气溶胶的有效探测....
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EI CSTPCD 北大核心 SCI
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摘要:为了获得大气颗粒物的质量浓度廓线,提出一种基于多波段激光雷达回波信号的大气气溶胶消光系数与颗粒物质量消光效率相结合的新型算法.该方法利用覆盖紫外到近红外波段的激光雷达作为遥感探测工具,获取气溶胶的消光与后向散射系数,反演得到气溶胶粒子谱分布;同时,根据米散射理论算出气溶胶消光效率,结合粒子谱分布,提出颗粒物质量消光效率模型,从而建立基于消光系数与质量消光效率相结合的反演颗粒物质量浓度的新型数学模型与算法.采用该算法对两组不同天气条件多波段激光雷达实测数据进行反演,并与地表采用的颗粒物浓度对比,证明该方法的可行性,为实现颗粒物质量浓度空间分布的探测提供科学依据和方法论....
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EI CSTPCD 北大核心
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摘要:基于光纤Mach-Zehnder干涉仪双边缘检测技术,提出并设计了一套全光纤非相干测风激光雷达系统,对多普勒频移的提取和风速反演算法进行了理论分析,针对大气分子散射信号的特点,对光纤Mach-Zehnder鉴频系统进行了优化设计.应用美国标准大气模型,对系统的灵敏度、信噪比以及测量误差进行了数值仿真.仿真结果表明,对532 nm波长的地基分子散射测风激光雷达,当垂直距离分辨率为300m,进行1 000次激光脉冲累计平均后,得到径向探测距离达到20 km,径向风速在±100m/s的范围内时,径向风速误差小于1.4 m/s,说明此系统可以进行远距离大尺度风速的测量,为新型小型化测风激光雷达的开发及研制提供了一种可行的技术方案....
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EI CSTPCD 北大核心 SCI
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摘要:生物气溶胶在大气中扩散极易传播和发生各种流行疾病,也是生物武器投放的主要形式,实现生物气溶胶实时、远距离的探测显得尤为重要.构建了一台双波长荧光雷达用于大气中生物气溶胶的预警和识别.该雷达系统采用Nd:YAG固体激光器作为激励光源,基频1064 nm、四倍频266 nm作为工作波长.基于激光诱导荧光雷达探测原理,对红外波段的弹性散射信号和紫外波段诱导的荧光信号进行数值分析.结果显示,在探测误差小于10%的情况下,距离为1.0 km时,单激光脉冲测量得到白天和夜晚细菌孢子的最小探测浓度分别为15100个颗粒·L-1和8386个颗粒·L-1;当脉冲数累加到10000时,白天和夜晚的细菌孢子最小探测浓度显著改善,分别为144个颗粒·L-1和77个颗粒·L-1.分析结果还表明,通过红外波段确定细菌孢子云团位置后,为了提高系统对细菌孢子的探测性能,可增加紫外激光脉冲数量,延长荧光信号采集时间....
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EI CSTPCD 北大核心 SCI
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摘要:小型米散射激光雷达是广泛使用的探测大气气溶胶光学特性的有效工具.作者研制了一台小型米散射激光雷达,并利用该激光雷达于2009年4月1日至4月10日期间对宁夏银川地区(北纬38°29',东经106°06')上空的大气气溶胶光学特性以及时空分布进行了观测.系统选用532 nm波长激光作为光源,采用Fernald法对接收到的大气回波信号进行反演,得到了气溶胶消光系数的高度分布廓线及24 h内气溶胶消光系数相对浓度的时空变化特性;并对期间一次明显的沙尘天气进行了观测和分析.观测结果表明,该小型米散射激光雷达能够对大气气溶胶及其时空分布情况进行有效、连续的观测,其观测结果有利于分析该地区气溶胶及沙尘天气的变化趋势....
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EI CSTPCD 北大核心
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摘要:为了实现大气温度、水汽(相对湿度)和气溶胶的实时同步探测研究,成功研制了一台日常观测的多参数探测拉曼激光雷达,采用高性能二向色镜和窄带干涉滤光片组成高光谱分辨率高效率拉曼分光系统,实现独立5通道大气回波信号的高精细分光和高效率提取,并研发了多参数同步反演算法,获得了大气水汽密度、温度和气溶胶消光系数廓线,结合水汽密度和温度得到了同时刻大气相对湿度的垂直变化特性.利用该系统在晴天和有云条件下对西安局地进行初步实验观测,获得温湿度及气溶胶廓线以及云层内水汽与逆温层的高度关系.实验结果表明,在探测时间15 min和激光能量150 mJ的条件下,系统在晴天条件可实现高度16 km以下大气温度和湿度的同步探测,在有云条件下系统可实现大气底层和云层顶逆温层的精确探测,并可获得高层云层内和水汽层内大气水汽密度和相对湿度的同步增长趋势.实验数据与当地探空数据的多次随机比对在大气温度、湿度廓线上取得了较好的一致性,充分验证了该拉曼激光雷达实现对流层高度大气多参数同步探测的有效性和系统的可靠性.使用该系统可有效开展区域性大气的观测研究,为大气气候变化以及雾霾生消过程的研究提供可靠的实时探测数据....
摘要:出射激光脉冲能量变化对激光雷达的测量数据有很大影响,需对其进行实时、准确测量.针对激光雷达出射激光脉宽窄、不易实现高频电路采集的问题,设计了一个基于峰值采样保持电路的脉冲能量监测系统.对脉宽为10 ns、重复频率分别为20、60、100Hz的模拟脉冲进行了实时监测,结果表明该系统能很好地检测激光出射能量,没有脉冲遗漏现象.在激光雷达观测实验中,该监测系统输出的电压值与实测激光脉冲能量有较好的线性关系,为激光雷达数据反演提供了修正依据....
摘要:利用西安地区太阳光度计(POM-02)的观测数据,根据比尔-朗伯-布格定律计算了西安地区的大气气溶胶光学厚度(AODs),将其作为真值与NASA Terra卫星的MODIS C061产品中气溶胶光学厚度的三种反演结果进行了对比,探讨了三种反演算法在西安地区的精确度及适用性,并结合MODIS气溶胶产品统计分析了西安及周边地区气溶胶光学厚度的空间分布和季节变化特征.结果 表明:Terra卫星MODIS三种反演算法中DT&DB产品与太阳光度计反演的气溶胶光学厚度相关系数最高(0.92),故MODIS中的DT&DB产品最适用于西安地区,可用于西安地区气候变化以及大气污染等研究.分析关中地区AOD的时空分布特征及其可能原因可知:关中地区气溶胶主要包括人类活动产生的气溶胶和沙尘气溶胶,关中地区气溶胶光学厚度整体呈东高西低的分布趋势,高值中心主要分布在西安、渭南和咸阳等地区;气溶胶光学厚度在西安、咸阳地区春季最大、秋季最小,而在关中其他地区整体呈现春夏高、秋冬低的季节变化趋势....
[专利] 发明专利 CN201710152960.3
西安理工大学 2017-06-20
摘要:本发明公开了一种气溶胶颗粒物质量浓度的探测装置及探测方法,包括激光器发射多个波段的激光脉冲;经由准直扩束系统、反射镜进入大气中,激光散射回波信号由望远镜接收,经光纤引入分光系统,再由光电探测器进行信号转换;数据采集系统对信号进行数据采集,最后在计算机中进行数据处理,反演气溶胶颗粒物质量浓度。本发明是基于多波段激光雷达遥感探测颗粒物质量浓度分布的新理论和新方法能够实现数公里范围内的颗粒物质量浓度高空间分辨率探测,有效解决当前颗粒物质量浓度空间分布监测技术不成熟的难题,为大气科学研究及空间环境监视、行政决策提供科学依据和方法论。
[专利] 发明专利 CN201710568024.0
西安理工大学 2017-10-17
摘要:本发明公开了一种激光雷达出射的窄脉冲峰值能量监测装置,包括依次连接的光电转换电路、信号放大电路、电压峰值保持电路和单片机控制系统,单片机控制系统还分别与上位机、LCD显示屏以及放电电路连接,信号放大电路和单片机控制系统之间还连接有稳态触发电路,放电电路又与电压峰值保持电路连接,信号放大电路采用AD817芯片实现对电脉冲进行无失真放大,本发明解决了现有技术中存在的激光雷达出射的激光脉宽窄,不易实现高频率电路实时监测和采集的问题。
[专利] 发明专利 CN201710146644.5
西安理工大学 2017-05-31
摘要:本发明公开了一种生物气溶胶本征荧光峰值波长检测系统,包括二维旋转平台,二维旋转平台上设有支架,支架上沿水平方向依次设有若干分光镜片,二维旋转平台依次连接主控制系统、数据采集系统、放大电路及光电探测器,二维旋转平台还连接上位机。本发明还公开了上述检测系统的检测方法,本发明能够大大减少分光片的更换时间和降低人为操作产生的偏差,并实现荧光峰值波长的自动确定。
[专利] 发明专利 CN201811351171.3
西安理工大学 2019-03-12
摘要:本申请提供一种激光雷达观测数据处理方法,包括:获得预设时空内基于雷达获得的模拟数据集和光子计数数据集;根据模拟数据集,生成类光子计数数据集;根据类光子计数数据集与光子计数数据集在图像上的分布确定出重合部分,并将图像划分为第一区域和第二区域,其中,第一区域与第二区域拼接构成图像,在第一区域中展示类光子计数数据集在第一区域中的类光子计数数据子集,以及在第二区域中展示光子计数数据集在第二区域中的光子计数数据子集。通过在每个区域都只显示精度相对更高的数据,能够在图像上保留精度较高的数据集,因此能够实现激光雷达观测数据在观测范围内不限观测距离远近而以较高精度统一反映在图像中的功能。
[专利] 发明专利 CN201910730965.9
西安理工大学 2019-11-05
摘要:本方案公开了一种气溶胶测量方法及装置,通过测量干涉条纹的可见度的第二大的极大值点对应的光程差来获得激光谐振腔的长度,进而计算纵模间隔以测量气溶胶光学参量。所述方法应用于包括激光谐振腔和干涉仪的激光雷达系统,所述方法包括:多次调节干涉仪使所述第一子光束与第二子光束之间的光程差按照预设光程差间隔增大;获取每次调节干涉仪后光程差对应的干涉条纹的可见度;获取光程差变化过程中所述可见度第二大的极大值点对应的所述光程差;根据光程差获得激光谐振腔的长度;根据激光谐振腔的长度计算该激光谐振腔的纵模间隔;根据纵模间隔获得气溶胶光学参量。由于不需要测量单纵模光谱宽度,因此,本方案能够极大地提高气溶胶测量的精度。
[专利] 发明专利 CN201810451063.7
西安理工大学 兰州大学 2018-10-02
摘要:本发明实施例提供一种云水资源探测系统及方法。所述系统包括计算设备及与计算设备通信连接的拉曼激光雷达、微波辐射计、毫米波云雷达、风廓线雷达、多普勒测风激光雷达。拉曼激光雷达及微波辐射计用于获得云系温湿度数据。毫米波云雷达及微波辐射计用于获得云水含量廓线。风廓线雷达用于获得云系水平风速。多普勒测风激光雷达用于获得云底的垂直运动速度。计算设备用于根据云系温湿度数据、云水含量廓线、云系水平风速及云底的垂直运动速度计算得到总云水量,实现云水资源探测。所述系统能够融合多源观测数据,获得总云水量,分析区域云水资源的分布和动态变化。
[成果] 1800120017 陕西
TN958.98 应用技术 雷达及配套设备制造 公布年份:2017
成果简介:针对全球范围内大气参数实时监测技术需求,以地表30千米内与人类活动密切相关的大气空间为探测对象,依据大气分子的拉曼散射原理,开展具有自主知识产权的紫外域波长激光雷达探测大气水汽、温度和气溶胶特性的系统及实验研究,主要涉及拉曼激光雷达系统探测技术、微弱信号提取技术与方法、大动态范围的数据拼接与校正技术、多参量并行精细探测及反演技术和模块化系统集成技术与对比实验研究等多学科交叉技术。结合多年来研究大气水汽和温度拉曼激光雷达技术的积累,研制了以特殊分色片和窄带干涉滤光片为核心的高性能拉曼分光系统,实现了大气分子的振动和转动拉曼信号的高效精细提取技术,构建了拉曼激光雷达系统,实现了对大气水汽、温度与气溶胶廓线的精细探测。长期实验探测性能稳定,可靠性高,可作为区域性大气和空间环境地基激光雷达监测基地继续开展长期观测实验研究。研究成果:结合多年研究大气水汽和温度拉曼激光雷达的技术积累,研制了以特殊分色片和窄带干涉滤光片为核心的高性能拉曼分光系统,获得发明专利2件,构建了600毫米口径望远镜的拉曼散射激光雷达系统,实现了对大气水汽、温度与气溶胶廓线的精细探测。(1)振动拉曼信号分光系统:针对激光雷达回波信号中强烈的米-瑞利散射信号,为改善系统的分光效率与提高系统的稳定性,设计并研制了高反射率窄带宽分色片组合的振动拉曼信号分光系统,高效提取了水汽分子的振动拉曼散射信号,实现了米-瑞利散射信号8个量级以上的抑制率,显著提升了系统的探测距离与稳定性。(2)微弱回波信号高效提取技术:针对激光雷达回波信号中的强背景噪声,深入研究EMD-DISPO和Wavelet的噪声滤除技术,设计并选取了合适的小波基参数,利用小波多尺度变换对激光雷达回波信号进行分解和重构,有效滤除激光雷达回波信号中的强背景噪声。(3)大动态范围回波信号拼接及校正技术:针对激光雷达回波信号的大动态范围,为高保真度地获得回波信号,研究了模拟和光子计数探测模式的特征,提出了基于空间方差的数据拼接技术与方法,并结合激光雷达几何重叠因子的校正技术,实现了全程回波信号的有效提取与标定技术。(4)大气多参量精细反演算法:研究了大气水汽、温度和气溶胶精细反演算法,实现了大气水汽、温度、湿度和气溶胶廓线的精细测量。研究和分析了两年的实验观测数据,验证了拉曼激光雷达系统的探测有效性和可靠性。探测实验结果表明,搭建的拉曼激光雷达系统探测气溶胶廓线高达40千米的,温度廓线高达30千米(图2),水汽密度廓线高达15千米(图3)。(5)拉曼激光雷达实验样机与比对观测:利用工程化和模块化设计理念,开展拉曼激光雷达系统集成技术研究,设计友好的大气参数测试界面,编写专业的大气水汽密度、温度、湿度和气溶胶等参数反演程序,完成了高稳定性的拉曼激光雷达实验样机研制(图4)。为验证拉曼激光雷达系统的有效性和可靠性,结合探空气球测量数据,开展多角度多参数对比试验研究。实验与数据分析结果表明,所研制的拉曼激光雷达系统可获得晴空天气条件下30千米高度范围内的大气参数廓线,即使在西安雾霾天气条件下,也可获得10千米高度范围内的大气参数廓线;不同天气条件下的数据对比分析,表明了所研制仪器的有效性和可靠性,可作为区域性大气和空间环境地基激光雷达监测基地继续开展长期观测实验研究。
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