近红外波段大气气溶胶光学参量的精细探测技术研究

摘要

大气气溶胶是研究地球环境气候以及辐射特性的重要物质，它的光学参量如消光系数、后向散射系数和雷达比对于分析人气中气溶胶的粒径大小、种类、微物理参量以及研究气溶胶的散射特性具有非常重要的意义。近红外波段的1064nm激光具有较强的云层和沙尘暴穿透性，被广泛应用在云和气溶胶的激光雷达探测中，但是由于该波段拉曼和瑞利信号很微弱，有关此波段光学参数的独立探测还一直没有获得突破。 论文主要针对近红外波段的高光谱分辨激光雷达探测技术展开研究，主要包含理论研究、系统测试和大气观测三部分内容。根据1064nm波段大气后向散射光谱特征，提出了基于频率校正技术的高光谱分辨激光雷达反演算法，对光学参量进行了误差传递分析，分析了高光谱分光器件的谱分离比对探测结果的影响；设计了一套频率监控系统，实现了系统频漂的实时监测；优化了1064nm的高光谱分辨分光系统，对系统中的高光谱分光器件Fabry-Perot标准具(FPE)的分光特性进行了测试，精确标定了FPE的性能参数——半高全宽(FWHM)和自由光谱范围(FSR)，标定得到的FPE半高全宽为l.lpm(291.5MHz)，自由光谱范围为45.9pm(12.1GHz).与理论设计值相吻合；构建了近红外高光谱激光雷达系统，并开展了大气观测实验，获取了西安城区边界层内气溶胶后向散射信号，根据高光谱反演算法，反演得到了独立的气溶胶后向散射系数、消光系数及雷达比数据。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究进展

1.3 论文主要内容

2.1 HSRL探测原理

2.2 基于频率校正的HSRL探测理论分析

2.3 HSRL探测误差分析

2.4 本章小结

3 近红外高光谱分辨激光雷达系统

3.1 系统概述

3.1.1 激光发射系统

3.1.2 信号接收系统

3.1.3 光电探测系统

3.1.4 频率监控系统

3.1.5 分光系统

3.2.1 FPE参数设计

3.2.2 FPE分光性能测试

3.2.3 FPE温漂特性的测试

3.2.4 F-P标准具关键参数的标定

3.2.5 系统稳定性测试及研究

3.3 系统噪声特性研究

3.4 本章小结

4 1064nm气溶胶光学特性试验观测

4.1.1 系统参数对探测结果的影响

4.1.2 系统参数的标定方法研究

4.2.1 气溶胶观测实例1

4.2.2 气溶胶观测实例2

4.2.3 气溶胶观测实例3

4.3 本章小结

5 总结与展望

致谢

参考文献

在校期间参与发表的文章