散射差分吸收激光雷達(dá)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、散射差分吸收激光雷達(dá)利用激光與大氣各成分的相互作用產(chǎn)生散射回波，對回波信號(hào)進(jìn)行采集處理，獲得大氣能見度、氣溶膠消光系數(shù)以及某些氣體濃度分布等相關(guān)信息。差分探測技術(shù)利用氣體分子對激光的吸收特性，通過發(fā)射兩束波長相近但氣體吸收截面不同的激光束，差分測量其后向散射信號(hào)強(qiáng)度，對氣體濃度檢測具有極高的靈敏度和抗干擾能力，在空氣質(zhì)量檢測、管道泄漏監(jiān)測、生化試劑探測、車輛及航空設(shè)備尾氣跟蹤探測等民用和國防領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
　　激光雷達(dá)光

2、源、散射信號(hào)探測及處理、差分吸收數(shù)據(jù)處理及誤差控制等關(guān)鍵技術(shù)的研究對于散射差分吸收激光雷達(dá)系統(tǒng)的研制具有重要的意義。本論文系統(tǒng)分析了散射差分吸收激光雷達(dá)的工作原理，對散射差分吸收激光雷達(dá)光源、散射信號(hào)探測及處理、差分吸收數(shù)據(jù)處理及誤差控制等關(guān)鍵技術(shù)開展了理論分析、數(shù)據(jù)模擬以及實(shí)驗(yàn)研究，為散射差分吸收雷達(dá)系統(tǒng)的研制打下基礎(chǔ)。
　　論文分析了散射差分吸收激光雷達(dá)對光源系統(tǒng)的參數(shù)要求，結(jié)合已有的實(shí)驗(yàn)條件，采用倍頻調(diào)Q Nd∶YAG激光器

3、泵浦可調(diào)諧鈦寶石激光器的技術(shù)路線獲得差分吸收測量激光束，對激光雷達(dá)光源激光器相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了研究。設(shè)計(jì)了調(diào)Q Nd∶YAG激光器的虛共焦高斯型變反射率非穩(wěn)腔，實(shí)現(xiàn)了高脈沖能量高光束質(zhì)量脈寬70ns的1064nm激光輸出;針對長脈寬調(diào)Q Nd∶YAG激光器中出現(xiàn)自鎖模導(dǎo)致鈦寶石晶體損傷的問題，提出并實(shí)現(xiàn)了采用單個(gè)膜層反射率不太高的F-P標(biāo)準(zhǔn)具抑制自鎖模的技術(shù)方案，獲得了激光器脈沖能量的穩(wěn)定輸出，相較于已有的抑制自鎖模措施（雙標(biāo)準(zhǔn)具或標(biāo)準(zhǔn)具與

4、其他技術(shù)相結(jié)合），具有插入損耗小、耐強(qiáng)光能力好以及輸出能量高等優(yōu)點(diǎn);設(shè)計(jì)了可調(diào)諧鈦寶石激光器700nm～950nm波段內(nèi)倍頻以及三倍頻的技術(shù)方案，采用BBO晶體安裝在電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)上，通過角度旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)寬波段范圍內(nèi)相位匹配。
　　開展了散射法探測大氣能見度及氣溶膠消光系數(shù)的理論和實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)合實(shí)驗(yàn)測量的雷達(dá)回波信號(hào)，對常用于散射雷達(dá)方程求解的Collis斜率法、Klett法和Femald法等三種方法進(jìn)行了對比分析;提出了一種將Collis

5、斜率法和Klett后向法相結(jié)合的穩(wěn)定的能見度反演迭代算法，適用于不同天氣條件下不同傾角路徑平均能見度的估算;采用Femald后向法對氣溶膠消光系數(shù)進(jìn)行反演，編寫了批量數(shù)據(jù)處理和繪制氣溶膠消光特性二維分布圖的軟件，可直觀地反映出空間某一縱向剖面的氣溶膠消光系數(shù)分布情況。
　　研究了差分吸收法探測污染氣體濃度分布的數(shù)據(jù)處理算法，分析了影響測量靈敏度及測量精度的因素并提出了解決措施，重點(diǎn)研究了其他氣體吸收干擾給目標(biāo)氣體探測帶來的誤差，并