星載激光雷達(dá)輻射傳輸蒙特卡羅模擬.pdf

1、激光雷達(dá)是一種主動(dòng)式的遙感探測(cè)技術(shù)，綜合了激光技術(shù)和雷達(dá)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，除了具有激光光束的高亮度性、高單色性和高相干性的特點(diǎn)，還兼顧了雷達(dá)的遠(yuǎn)距離探測(cè)能力。星載激光雷達(dá)是激光雷達(dá)搭載在衛(wèi)星上，由于軌道高度高，測(cè)量范圍廣泛，可以提供全球分布的探測(cè)數(shù)據(jù)，激光光束從高空直接進(jìn)入大氣層中，可以獲取高品質(zhì)的測(cè)量數(shù)據(jù)。了解激光雷達(dá)光源的輻射性能，對(duì)激光光束特性進(jìn)行評(píng)估，分析激光光束在大氣中的傳輸，可以為激光雷達(dá)測(cè)量和探測(cè)起到指導(dǎo)作用。研究激光光束與傳輸

2、介質(zhì)之間的相互作用，主要是通過(guò)對(duì)傳輸介質(zhì)光學(xué)性質(zhì)的研究，揭示激光光束的傳輸特性和規(guī)律。論文首先以GLAS系統(tǒng)等為例介紹了激光雷達(dá)的組成結(jié)構(gòu)和工作原理，調(diào)研了激光雷達(dá)傳輸國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，描述了輻射傳輸相關(guān)的理論和大氣介質(zhì)特性，然后使用蒙特卡羅方法模擬了激光發(fā)射系統(tǒng)、激光傳輸過(guò)程以及激光回波信號(hào)的接收，建立了一個(gè)星載激光雷達(dá)輻射傳輸模型(MCSbLRT)，可以用來(lái)模擬激光雷達(dá)回波信號(hào)的接收，為星載激光雷達(dá)的使用提供參考。論文的主要工作如下:

3、
　　1.研究了星載激光雷達(dá)的工作原理和激光在大氣中的傳輸特點(diǎn)，利用蒙特卡羅方法建立了合適的星載激光雷達(dá)輻射傳輸算法;分析了蒙特卡羅方法模擬星載激光雷達(dá)輻射傳輸可能存在的問題，并對(duì)局部估計(jì)方法和俄羅斯輪盤賭技術(shù)方法進(jìn)行了改進(jìn)，提高了信號(hào)接收效率，縮減了方差;
　　2.運(yùn)用了科學(xué)的軟件研發(fā)方式建立了星載激光雷達(dá)輻射傳輸模型(MCSbLRT);
　　3.運(yùn)用VC++語(yǔ)言，編寫了友好的可視化軟件界面，使軟件功能及所需參數(shù)更加

4、直觀，使用起來(lái)的十分便捷;
　　4.利用OPAC軟件獲取了模擬過(guò)程中需要的氣溶膠和云粒子的吸收系數(shù)、消光系數(shù)、散射系數(shù)、單次散射反照率和不對(duì)稱因子等光學(xué)參數(shù)，并按照氣溶膠的光學(xué)參數(shù)隨高度變化的公式求解出0-10km高度上的光學(xué)參數(shù);為了能夠詳細(xì)的描述相對(duì)濕度對(duì)可見光到紅外波段的氣溶膠粒子光學(xué)參數(shù)的影響，在0.40um到18um(可見光到紅外波段)之間，選取49個(gè)波長(zhǎng)，計(jì)算了WASO(可溶性氣溶膠)、SSAM(海鹽性氣溶膠)、SSC

5、M、SUSO(硫酸鹽)四類氣溶膠在8個(gè)(0％、50％、70％、80％、90％、95％、98％、99％)相對(duì)濕度條件下的小尺度范圍內(nèi)球形粒子的散射特征參數(shù)，包括消光系數(shù)、吸收系數(shù)、散射系數(shù)、不對(duì)稱因子和單次散射反照率。
　　5.利用建立的星載激光雷達(dá)輻射傳輸模型(MCSbLRT)進(jìn)行了激光雷達(dá)傳輸影響因素分析，發(fā)現(xiàn)隨著氣溶膠單次散射反照率增大接收到的回波信號(hào)越來(lái)越多;激光雷達(dá)的散射能量主要集中在單次散射;同種大氣條件下，模擬光子數(shù)的

6、增加與模擬時(shí)間基本成線性關(guān)系;
　　6.利用建立的星載激光雷達(dá)輻射傳輸模型(MCSbLRT)進(jìn)行了模擬計(jì)算，通過(guò)設(shè)置不同的氣溶膠單次散射反照率、接收器位置等，得到不同的模擬結(jié)果，分析了各項(xiàng)參數(shù)對(duì)激光雷達(dá)傳輸結(jié)果的影響;
　　7.基于電磁散射與輻射傳輸中的基本理論，對(duì)單次散射相函數(shù)的解析表達(dá)式進(jìn)行了研究，提出了一種新的單次散射相函數(shù)解析表達(dá)式。新的散射相函數(shù)在描述球形粒子散射情況時(shí)，對(duì)于大角度（大于90°）后向散射，新的相函數(shù)