基于拉曼散射的多普勒激光雷達靈敏度標定方法研究.pdf

1、大氣風場是氣象研究的必要參數(shù)之一,多普勒激光雷達能以較高的空間、時間分辨率探測大氣三維風場,目前已成為風速測量的最有效途徑之一。
　　 多普勒激光雷達通過對大氣分子運動——風所引起的多普勒頻移的測定,從而反演獲得風場數(shù)據(jù)。主要采用相干和非相干兩種方法,相干探測法只能應(yīng)用于氣溶膠含量較高的低空區(qū)域;非相干即直接探測技術(shù)不受此限制,直接測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——氣溶膠后向散射比用以標定靈敏度。當前

2、的測量方法中氣溶膠后向散射比與風速分時測量,然而實際大氣中氣溶膠狀態(tài)變化劇烈,非同步測得的數(shù)據(jù)無法準確描述測風時的大氣情況,故必然引入誤差。
　　 本文分析了當前多普勒激光雷達靈敏度測量存在的問題,提出了解決方案。從激光雷達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,實時測算氣溶膠后向散射比廓線,同時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,拓展激光雷達的功能。
　　 拉曼散射包括振動拉曼和純轉(zhuǎn)動拉曼兩種散射,文中分別設(shè)計了振動拉曼和純轉(zhuǎn)動拉曼兩套方案進行標定方法研究。對振動拉曼方案進行實驗論證,描述了系統(tǒng)的搭建,開展實驗。結(jié)果表明,系統(tǒng)可在測風的同時獲取低空對流層(6、7km)以內(nèi)的氣溶膠后向散射比廓線,以進行多普勒激光雷達靈敏度的標定,并可獲取氣溶膠的消光系數(shù)、激光雷達比等參量。同時改進了氣溶膠后向散射比的算法,并通過對新舊算