基于拉曼散射的多普勒激光雷達(dá)靈敏度標(biāo)定方法研究.pdf

1、大氣風(fēng)場(chǎng)是氣象研究的必要參數(shù)之一,多普勒激光雷達(dá)能以較高的空間、時(shí)間分辨率探測(cè)大氣三維風(fēng)場(chǎng),目前已成為風(fēng)速測(cè)量的最有效途徑之一。
　　 多普勒激光雷達(dá)通過對(duì)大氣分子運(yùn)動(dòng)——風(fēng)所引起的多普勒頻移的測(cè)定,從而反演獲得風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)。主要采用相干和非相干兩種方法,相干探測(cè)法只能應(yīng)用于氣溶膠含量較高的低空區(qū)域;非相干即直接探測(cè)技術(shù)不受此限制,直接測(cè)量回波能量鑒別頻移,但它需要獲取氣溶膠與大氣分子的成分比——?dú)馊苣z后向散射比用以標(biāo)定靈敏度。當(dāng)前

2、的測(cè)量方法中氣溶膠后向散射比與風(fēng)速分時(shí)測(cè)量,然而實(shí)際大氣中氣溶膠狀態(tài)變化劇烈,非同步測(cè)得的數(shù)據(jù)無法準(zhǔn)確描述測(cè)風(fēng)時(shí)的大氣情況,故必然引入誤差。
　　 本文分析了當(dāng)前多普勒激光雷達(dá)靈敏度測(cè)量存在的問題,提出了解決方案。從激光雷達(dá)的后向散射光譜出發(fā),在接收系統(tǒng)中增加新的接收通道,采用分光片與干涉濾光片提取非彈性散射譜——拉曼譜?；诶V為純大氣分子散射的特性,實(shí)時(shí)測(cè)算氣溶膠后向散射比廓線,同時(shí)又能借助其本身的光譜性質(zhì)反演氣溶膠后向散

3、射系數(shù)、消光系數(shù)或者溫度等大氣參量,拓展激光雷達(dá)的功能。
　　 拉曼散射包括振動(dòng)拉曼和純轉(zhuǎn)動(dòng)拉曼兩種散射,文中分別設(shè)計(jì)了振動(dòng)拉曼和純轉(zhuǎn)動(dòng)拉曼兩套方案進(jìn)行標(biāo)定方法研究。對(duì)振動(dòng)拉曼方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)論證,描述了系統(tǒng)的搭建,開展實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明,系統(tǒng)可在測(cè)風(fēng)的同時(shí)獲取低空對(duì)流層(6、7km)以內(nèi)的氣溶膠后向散射比廓線,以進(jìn)行多普勒激光雷達(dá)靈敏度的標(biāo)定,并可獲取氣溶膠的消光系數(shù)、激光雷達(dá)比等參量。同時(shí)改進(jìn)了氣溶膠后向散射比的算法,并通過對(duì)新舊算