中紅外差分吸收激光雷達數(shù)值模擬及實驗研究.pdf

1、經濟的飛速發(fā)展通常伴隨著環(huán)境問題的滋生。大氣污染是環(huán)境污染的一個重要方面，大氣污染物的種類和源頭十分廣泛，主要有工業(yè)生產、生活采暖、交通運輸?shù)龋诖水斨泄I(yè)污染所占的比重最大。差分吸收激光雷達具有高的時間和空間分辨率、晴空探測能力強、精度高和響應速度快等優(yōu)點，是近年來環(huán)境監(jiān)測領域的新技術，而中紅外波段則覆蓋了眾多無機分子及有機分子的吸收峰，充分利用污染氣體在中紅外波段大氣典型窗口的吸收特性，可有效提升污染氣體探測的準確度和靈敏度。本文基

2、于中紅外差分吸收激光雷達(MI-DIAL)的研發(fā)，對其系統(tǒng)功能以及反演算法進行了模擬分析研究。
　　本文基于差分探測污染氣體技術的原理，利用HITRAN數(shù)據(jù)庫和逐線積分算法模擬計算并分析了中紅外波段SO2、NO2、NO三種污染氣體的分子光譜，分析了光譜受溫度和壓強變化的影響，并據(jù)此選擇了三種目標氣體的雷達工作波長。在描述了差分吸收測量污染氣體濃度的相關理論知識的基礎上，介紹了中紅外差分吸收激光雷達系統(tǒng)結構及各組成部分、系統(tǒng)主要參數(shù)

3、和工作流程。推導和仿真了大氣污染氣體的濃度反演過程，包括算法仿真模型的建立和信號處理方法的研究。
　　本文假設了以標況下大氣正常組成成分比例存在干擾氣體的濃度，待測氣體含量為目標探測濃度，進行了仿真疊加噪聲后的反演計算并進行了誤差分析。對脈沖累加平均，結合五點滑動平滑和多重相關檢測處理回波信號進行了研究，結果表明結合使用可以有效地抑制噪聲，并且有利于有效信號的提取。1km內計算得到的NO2氣體濃度反演結果誤差是±0.1mg/m3。