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西安理工大学
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找到 41 条结果
[期刊论文] 汪丽 周毅 华灯鑫 王萌
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EI CSTPCD 北大核心
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摘要:针对基于法布里-珀罗干涉仪的大气风场探测系统,推导了进行风速、温度反演的理论模型并在理论上进行了模拟验证.利用光学设计软件Zemax完成了法布里-珀罗干涉仪系统结构的仿真.通过设定不同波长入射系统,得到对应干涉条纹,利用最小二乘拟合圆方法从条纹峰值移动距离可反演出风速,与理论值进行比对,得到风速仿真误差小于4.2%.针对温度探测理论建立了合理的光源光谱文件,给出理想仿真干涉圆环,进行数据分析完成温度反演,计算出温度的仿真误差小于7.5%.结果表明,仿真模型、反演理论、数据分析和处理方法是可行的....
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EI CSTPCD 北大核心
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摘要:针对激光雷达回波信号所含噪声的特点,提出并详细论述了一种能够对激光雷达回波信号进行有效消噪的小波包平均阈值变换方法.该方法通过求取最优小波包基的每个结点的阚值,并进行平均后作为全局阈值来实现小波包消噪.为了验证该方法的有效性,对包含高斯白噪声的模拟信号进行了仿真消噪,并对米氏散射激光雷达系统实际探测得到的大气回波信号进行了消噪处理.同时,将该方法与小波全局阈值消噪、小波包默认阈值的消噪效果进行了对比分析.仿真结果和实验结果表明,基于平均阈值的小波包消噪方法能够有效降低激光雷达回波信号中所含噪声,并且其消噪效果明显优于另外两种小波分析方法....
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EI CSTPCD 北大核心
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摘要:设计了一个532.25 nm波长的转动拉曼激光雷达用新型全光纤分光系统,对强背景噪音下微弱的转动拉曼信号进行高精度提取,以用于探测大气温度.该新型全光纤分光系统由3个光纤布拉格光栅(FBG)及光纤环行器构成,利用FBG的波长选择特性,可高精度剔除大气回波信号中的米氏散射、瑞利散射信号成份,分离出中心波长分别为530.6 nm和528.8 nm的转动拉曼散射信号,用于反演大气温度.通过对分光系统进行参数优化设计和数值计算,表明基于FBG的分光系统可以对回波信号中的米氏散射、瑞利散射信号进行高达7个数量级以上的抑制,满足转动拉曼测温激光雷达对米氏散射、瑞利散射信号的高精度剔除....
摘要:Mach-Zehnder(M-Z)干涉仪可作为鉴频器件应用于多普勒测风激光雷达系统中.鉴于一般M-Z干涉仪的稳定性差,不易于调节的缺点,提出一种基于双棱镜结构的新型双通道M-Z干涉仪作为多普勒测风激光雷达鉴频器件.在进行探测原理分析的基础上,利用光学设计软件对其鉴频系统结构进行了参量优化设计和系统仿真.通过设定实验参量并进行光线追迹模拟仿真实验结果,应用反演理论获得了风速值.利用多普勒频移公式计算获得理论风速并与仿真结果进行了对比,结果表明反演仿真风速与理论风速值基本吻合,标准差为0.46 m/s.此新型双通道M-Z干涉仪可以作为鉴频器件应用于多普勒测风激光雷达系统中,在光路的调节及提高系统稳定性上具有优势....
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北大核心 CSTPCD CSCD AJ CA CBST SA
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摘要:多普勒激光雷达在大气风场探测中已经得到广泛应用.相比于Fabry-Perot (F-P)干涉仪、Fizeau 干涉仪,Mach-Zehnder (M-Z)干涉仪作为鉴频器具有透过率高、探测谱的范围宽、能进行视场展宽而获得大光通量、所成直条纹可以与CCD匹配等优点,同时也可以实现大的风速探测范围,弥补现有直接探测多普勒测风激光雷达探测范围较小,探测灵敏度的非线性问题.分析了基于M-Z干涉仪条纹成像技术的激光雷达大气风场探测原理,对干涉仪鉴频系统进行了参数优化设计及仿真分析,通过设定实验参数,获得仿真结果,进行数据反演,得到风速值与理论结果基本一致....
[硕士论文] 汪丽
通信与信息系统 西安理工大学 2008(学位年度)
摘要:毫秒脉冲星最显著的特征之一是其自转频率的高精确性和高稳定性,可与原子钟媲美。虽然脉冲星辐射的脉冲功率极强,但地面射电天文站接收到的毫秒脉冲星脉冲到达时间的流密度仅为约0.01mJy至百mJy,信号被淹没在强大的噪声背景中,信号的检测处理难度较大。对于毫秒脉冲星用于计时领域来讲,指标要求又高,因此,毫秒脉冲星计时系统中弱信号的检测、去噪及消色散等成为既重要又关键的研究课题。 本文阐述了脉冲星平均脉冲累加和消色散原理、方法和实验结果,并给予分析:在比较分析基础上,优选出认为在去噪算法方面颇具优势的小波算法:采用不同阈值函数去噪方法对现有的毫秒脉冲星PSR 0437-4715的实际观测数据进行了实验研究和处理,进而将不同算法处理结果用信噪比和均方根误差两个重要评价指标进行了定性、定量的评估,并将不同算法的结果进行比较分析。同时,应用基于小波变换的空域相关性去噪法,及提出-种自适应阈值调整去噪方法进行了实际数据实验验证分析,认为自适应阈值调整去噪方法对处理毫秒脉冲星TOA数据,达到了很好的滤波效果,值得深化和推举。 此外,还利用高阶统计量法、卡尔曼及粒子滤波等方法对同一颗脉冲星数据进行了去噪、滤波处理的实验研究,并将不同方法实验处理结果进行了比较分析和讨论。对于高阶统计量法,我们主要从以下两个方面进行了研究:(1)高阶累积量,主要讨论了累积量域的自适应滤波算法,包括:基于误差准则J1(n)的自适应滤波算法CDLMS和基于误差准则J2(n)的自适应滤波算法HOS4-MSEA。对误差准则J3(n)由最速下降法得到CDEFWLMS算法。我们还采用了一种新的累积量域自适应滤波CDSWLMS。采用上述算法对脉冲星实测数据进行了实验研究和处理,结果表明CDSWLMS算法具有较好的滤波效果,值得推广。(2)高阶谱,主要研究了基于双谱的信号重构,研究发现采用高阶谱法获得的信号轮廓更为真实,但非信号区的噪声也较大,这种方法还有待于进一步的改进。对于卡尔曼及粒子滤波法,主要是考虑到脉冲星观测模型中含有非线性因素,我们分别采用线性滤波算法和非线性滤波算法对其进行了处理,并对结果进行了比较分析和讨论。
[期刊论文] 李建勋 柯熙政 汪丽
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北大核心 CSTPCD AJ CA SA
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摘要:基于高阶累积量的LMS自适应滤波算法 (CDEFWLMS),对毫秒脉冲星弱信号进行了分析和处理,得到了较清晰的脉冲轮廓,并与普通的LMS算法以及CDLMS算法的结果进行了比较研究.结果表明:高阶统计量自适应滤波算法可以有效的将脉冲星弱信号与噪声分离,相对于NLMS算法,该算法大大提高了信号品质,且具有收敛速度快、稳定性好的特点....
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:设计了基于法布里-珀罗(F-P)条纹技术的非相干多普勒测风激光雷达系统,采用环转线干涉仪光学系统(CLIO)将F-P形成的环状条纹转换成线性条纹成像到具有高量子效率的CCD探测器上进行检测,克服了环状条纹与传统阵列式探测器不匹配的缺点并改善了探测系统的信噪比.采用光学设计软件ZEMAX对该系统进行了光学设计和数值仿真,得到了用于反演风速的不同波长干涉条纹图样,并对重心法和Voigt函数拟合法两种主要的风速反演方法进行了对比讨论.结果表明:用Voigt函数拟合法反演风速误差较小,获得风速在20 m/s时的误差小于0.5 m/s,验证了该系统的设计及数据反演算法的可行性,为测风激光雷达的进一步研制提供了理论依据....
摘要:利用小波变换去除噪声的基本原理和方法及消色散方法对毫秒脉冲星极弱信号进行了提取,并对噪声进行了最佳阈值选取实验研究,实现了脉冲星弱信号消色散积累后的检测和抑噪.并研究了软硬阈值估计子等不同阈值消噪技术,进而对PSR 0437-4715信号采用不同方法去噪后的结果进行了分析比较,认为在最大分解层数J=5时对脉冲星信号处理有普适意义.研究结果认为基于小波变换的消噪方法是一种提高信噪比、展示噪声和突变信号的优越方法....
[期刊论文] 柯熙政 汪丽 倪广仁
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CSTPCD 北大核心
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摘要:利用小波变换去除噪声的基本原理和方法及消色散方法对毫秒脉冲星极弱信号进行了提取,并对噪声进行了最佳阈值选取实验研究,实现了脉冲星弱信号消色散积累后的检测和抑噪.并研究了阈值函数的几种改进方案,进而对PSR 0437-4715信号用不同方法去噪后的结果进行了分析比较,认为采用改进的阈值函数对脉冲星信号处理较采用传统的软、硬阈值函数处理具有优越性.研究结果表明改进的小波阈值消噪方法是一种提高信噪比、展示噪声和突变信号的优越方法....
摘要:设计了一种基于LabVIEW和可调谐光滤波器的光纤光栅传感动态解调系统.用LabVIEW编写虚拟仪器(Ⅵ)程序,通过硬件接口由计算机控制可调谐光滤波器,使其在固定波长范围内扫描;采集电路对光电转换后的信号进行采集并送到计算机中分析处理,得到传感信号的反射波长以获得应变量.最后把传感解调系统的测试结果和光谱仪的测试结果进行比较,两者基本一致,说明了解调系统的设计是正确的....
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北大核心 CSTPCD CSCD CA SCI SCIE CBST SA
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摘要:相对于传统多普勒鉴频器Fabry-Perot干涉仪, Mach-Zehnder干涉仪(MZI)具有透过率高、直线条纹易于探测、可进行视场展宽等优点.本文设计了基于条纹成像MZI的非相干多普勒测风激光雷达系统,构建了风速反演的数学模型,利用MZI视场展宽技术优化了激光雷达系统的性能.数值仿真实现了MZI鉴频系统干涉条纹图样的理想输出,采用SineSqr函数拟合法获取了高精度的多普勒频移前后干涉条纹的移动距离,并通过视场补偿减小了入射角对MZI光程差的影响,从而实现视场展宽.结果表明:采用SineSqr函数拟合法可获得在±100 m·s-1的径向风速范围内<0.45 m·s-1的风速误差,克服了条纹重心法反演风速不稳定性的缺点;视场展宽技术在不降低鉴频性能的情况下,能最大补偿1?的视场角. MZI条纹成像多普勒激光雷达应用技术的探讨将为中高层大气风速激光雷达测量系统的实际开发奠定良好的基础....
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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
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摘要:紫外高光谱瑞利测温激光雷达是一种探测大气温度廓线的有效工具.目前,紫外高光谱瑞利测温激光雷达通常采用355 nm波长的光,然而白天太阳背景光辐射会影响雷达系统的信噪比(SNR),进而制约温度探测的距离和精度.针对大气温度的全天时探测,提出了基于法布里珀罗标准具的266 nm紫外高光谱瑞利测温激光雷达系统.由于到达地面的太阳背景光辐射不包含266 nm波长的光,只需考虑臭氧对266 nm波长光吸收的影响,进而实现全天时大气温度的探测.基于脉冲能量、望远镜直径、望远镜接收视场角、臭氧浓度以及太阳背景光强度等主要影响参数,对266 nm和355 nm两个波长紫外高光谱瑞利测温激光雷达系统的谱宽、透过率、回波信号SNR以及温度偏差参数进行数值仿真和对比分析.结果表明,大气分子和气溶胶散射对266 nm波长光的影响远大于对355 nm波长光的影响.白天266 nm紫外高光谱瑞利测温激光雷达系统的有效探测距离为4 km左右,比355 nm紫外高光谱瑞利测温激光雷达系统的有效探测距离远2.9 km;夜间266 nm紫外高光谱瑞利测温激光雷达系统有效探测距离为6 km.探测距离小于5 km时,白天266 nm紫外高光谱瑞利测温激光雷达的探测温度偏差比355 nm紫外高光谱瑞利测温激光雷达的探测温度偏差小10 K.266 nm紫外高光谱瑞利测温激光雷达可实现全天时大气温度的探测....
摘要:多普勒测风激光雷达是大气风场探测的重要手段之一.通过检测风速导致的大气后向散射谱的多普勒频移从而实现风速的探测.由于受鉴频器本身特性的影响,高灵敏度与大动态范围的探测一直是大气风场探测的难点.提出采用双光纤Mach-Zehnder干涉仪(FMZI)作为多普勒激光雷达的鉴频器件,设计两路不同动态范围及风速探测灵敏度的FMZI鉴频器同时对大气回波信号进行鉴频.采用小光程差(137 cm)、大动态范围(±100 m·s-1)鉴频光路FMZI-2对风速区间进行定位,大光程差(748 cm)、高探测灵敏度(2.62%/(m·s-1))的鉴频光路FMZI-1进行风速精细探测,从而实现大动态范围高灵敏度的风场探测.利用标准大气模型对不同参数条件下的系统灵敏度、系统探测的信噪比及风速误差进行仿真分析.结果表明,该系统可以实现±100 m·s-1大动态范围内风速误差小于1 m·s-1的大气风场探测,为大动态范围高灵敏度测风激光雷达的发展进行了有益的探索....
摘要:激光雷达近场回波信号较强,容易使光子计数系统产生数据堆栈现象,而死区时间是修正数据堆栈的重要因子.构建了一种激光雷达光子计数数据廓线的空间方差数学计算模型,用于评价光子计数数据的泊松分布质量.利用计算分析结果估算激光雷达光子计数系统死区时间,进而修正光子计数数据中遭受数据堆栈的数据.计算结果表明,激光雷达远场信号基本符合泊松分布,而近场信号不符合,但是死区时间修正后的光子计数数据的泊松分布特性可得到明显改善.通过最小化数据方差与均值的偏离程度,估算系统死区时间以修正数据堆栈现象,使得光子计数数据最大化地服从泊松分布.研究结果表明,长距离扫描激光雷达系统所应用的Licel数据记录仪TR40 160光子计数系统的死区时间约为3.402 ns,修正后的激光雷达数据堆栈现象得到明显改善....
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EI CSTPCD 北大核心 SCI
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摘要:大气温度是描述大气状态的重要基本特征参量之一.目前,基于Rayleigh散射的大气温度探测方法多应用于大气温度的相对探测,即温度反演时需要响应函数和校准程序.本文提出了利用固体腔扫描式法布里-珀罗干涉仪进行大气Rayleigh散射谱型的精细探测方法和残余米散射信号的抑制方法.根据Rayleigh散射谱特点,针对固体腔扫描式法布里-珀罗干涉仪的自由光谱区、固体腔几何长度、腔体介质类型、半儈全宽、腔体反射率、扫描间隔等参数进行了优化设计.利用优化参数的固体腔扫描式法布里-珀罗干涉仪获取Rayleigh散射谱上离散点信息,并采用多项式插值方法获得拟合谱型,与根据标准大气模型和S6模型获得的理论谱型进行比对,大气温度探测不确定度小于0.8 K.当信噪比为10时,白天与夜晚的探测距离分别为4.5和7.9 km.该方法可实现大气温度廓线的全天时和儈精度绝对探测,并对同类儈光谱激光雷达分光系统研究具有借鉴意义,为我国儈光谱激光雷达陆基及星载应用提供了一套可行的分光系统解决方案....
摘要:拉曼激光雷达通过探测与水汽浓度相关的大气水汽振动拉曼散射回波信号,可实现大气水汽混合比廓线的探测.然而由于振动拉曼信号非常微弱,在白天测量时振动拉曼散射光谱会淹没在太阳背景光中,多在夜间测量.为实现大气水汽的全天时测量,设计开发一套日盲紫外波段拉曼激光雷达系统.该系统选择Nd:YAG脉冲激光器的四倍频输出—266.0 nm日盲紫外波段作为拉曼激光雷达系统的激励波长,采用镀高增益介质膜的牛顿式望远镜作为接收器,同时利用二向色镜和超窄带干涉滤光片设计高效率的高光谱分光系统,实现了大气氧气、氮气和水汽振动拉曼散射回波信号277.5,283.6和294.6 nm的精细提取.计算仿真结果表明,臭氧吸收对日盲紫外域拉曼激光雷达探测存在一定的影响,主要是探测距离的影响;氮气通道不受白天太阳背景光噪声的影响;水汽通道存在少量太阳背景光噪声,对系统探测距离略有影响.而系统信噪比计算结果表明,设计的日盲紫外域拉曼激光雷达系统可实现白天3.5 km大气水汽的探测.实际进行水汽探测时,可利用氮气和氧气通道反演出臭氧浓度廓线,修正臭氧对发射波长、各通道拉曼散射波长的吸收,进一步提升系统的探测能力和探测精度....
摘要:为实现水平非均匀分布的低层大气气溶胶光学特性的遥感探测,提出一种基于双扫描激光雷达的气溶胶精细探测方法.该方法以扫描激光雷达为遥感探测工具,通过双激光雷达相向交叉扫描工作模式,实现对同一空域近地表气溶胶全视野剖面的交叉探测,从而提供双激光雷达方程组以精确求解气溶胶消光和后向散射系数.在数据反演过程中,通过对交叉扫描区域进行坐标化和网格化处理、网格像素单元的初值预设,以及双扫描激光雷达方程组的数值逼近反演得到气溶胶消光.利用长距离扫描激光雷达的数据对该方法进行验证,结果表明,该方法与多角度方法反演所得到的结果随高度变化的趋势具有高度的一致性;同时双扫描激光雷达可提供交叉扫描区域剖面的气溶胶浓度分布,相比于单条廓线具有较大的优势....
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