激光荧光雷达系统的测量方法与应用

本文叙述了应用激光荧光雷达系统测量海上溢油类别以及植被、岩矿、土壤、地被物等荧光光谱的方法与技术。该装置由N_2激光源、OSA光学光谱分析仪、卡斯格伦望远镜接收系统三部分组成。该装置可在室内,也可在室外25—60m远处测量各种物质的受激发射荧光。该仪器用标准灯谱进行了校正。     

基于 Lidar 数据和倾斜摄影的城市三维模型构建

针对传统建模方式建模效率低、模型纹理不够丰富真实等缺点,阐述一种以机载Lidar技术来获取地面点高精度的三维坐标、用倾斜摄影测量为三维建模提供纹理的一种新兴的三维建模方式。实验表明,该建模方式不仅工作效率高、真实反应城市空间布局,而且定位精度高、具备可量测分析功能等,同时提供DOM,DEM,点云数据,倾斜影像等数据。     

基于气溶胶激光雷达观测的人工消减雾霾作业效果分析

利用气溶胶激光雷达观测的消光系数数据,对2019年12月北疆沿天山的石河子市开展人工消减雾霾作业效果进行分析,主要采用了符号检验、成对秩和检验等非参数性检验法,以及参数性t检验法等人工影响天气的物理统计检验方法,得出了基于气溶胶激光雷达消光系数为依据的人工消减雾霾作业效果。结果为:符号检验法检验得出飞机人工消减雾霾作业后20 min,400 m以下不同高度消光系数平均值减小的可信度达到非常显著的99.5%,进一步按照95%的可信度阈值得出减小值为0.05,减小率为9.8%;成对秩和检验法得出的作业正效果可信度达到97.5%,很显著;但是参数性t检验得出作业正效果的可信度只有90%~80%,未达到99.5%的阈值,显著性一般。这与作业采用了不同类型的催化剂如只用吸湿性干粉催化剂,以及播撒作业高度偏高导致作为样本的消光系数变化效果不能满足检验效率相关。进一步分析表明,飞机人工消减雾霾作业后20 min,400 m以下不同高度消光系数的减小响应效果自上而下递减,这与人工影响作业播撒的催化剂作用的物理机制自上而下逐步响应的过程相一致。     

双基地激光测风雷达回波信号仿真研究

本文针对传统的体散射模型并未考虑大气不均匀性对信号传输的影响等问题,通过引入垂直非均匀的大气参数改进了模型,并利用其建立了体目标的双基地激光测风雷达方程,仿真了侧向散射回波信号,并与单基地雷达进行了对比分析。研究表明:水平方向上,双基地激光测风雷达的回波信号分布特征与单基地雷达差异较大,其回波信号等值线在近地面为卵形线,随着探测高度的增加,回波信号等值线逐渐变为以主、被动雷达为焦点的椭圆形,并最终趋近于圆形;垂直方向上,双基地激光测风雷达的回波信号随高度衰减剧烈,近地面的回波能量约为10^-10 J,4 km高度的回波能量约为10^-15J,在中低层大气(0~10 km),回波信号中气溶胶散射占比大,在高层大气(10 km以上),分子散射占比大。     

中国利用星载激光雷达开展沙尘和污染研究的综述

激光雷达作为一种新兴的主动遥感探测工具,被广泛应用于大气遥感、环境监测等领域。星载激光雷达由于其较广的探测范围、较高的时空分辨率、可获得连续的廓线数据等优势,已经成为全球及区域气溶胶和云特性观测研究的强有力工具。本文总结了自2006年CALIPSO卫星发射以来,中国科学家在利用其开展沙尘气溶胶及污染研究方面的工作,重点阐述了沙尘气溶胶的时空分布、远距离传输、分类识别、光学特性、沙尘释放、辐射与气候效应,以及灰霾和烟尘特性等方面的最新研究成果。对以上研究成果的梳理,有助于深入理解中国在利用星载激光雷达开展沙尘与污染研究的水平,也为未来开拓中国自主研发星载激光雷达的遥感应用领域奠定了基础。     

基于激光雷达测风数据的复杂地形下风力机尾流特性研究

以张家口某处风电场为实验场地,采用两台多普勒激光雷达(Wind3D 6000和WindMast WP350)分别测量风力机的尾流和来流风速,对全尾流、半尾流和独立尾流3种工况进行研究。结果表明,3种工况下随着尾流发展尾流宽度均不断变大,而尾流深度和速度衰减则不断减小;全尾流和半尾流工况中,上游风力机的存在会增加下游风力机尾流宽度,且全尾流比半尾流的增加量大;全尾流和半尾流工况中,相较于上游风力机,下游风力机尾流深度和速度衰减均较小。     

超大城市综合气象观测试验之测风激光雷达数据评估

为评估用于超大城市综合气象观测试验的测风激光雷达,从最大有效探测高度和数据获取率两方面对测风激光雷达的探测能力进行分析,同时使用测风激光雷达与深圳气象梯度观测塔的测风资料从不同观测高度、不同观测值等方面进行对比分析,结果表明：测风激光雷达与深圳气象梯度观测塔的风速、风向一致性较好,相关系数分别为0.96、0.99,平均绝对误差分别为0.54 m/s、9.95°,且不同高度层的测风结果也较为一致,但雨天和雾天条件对测风激光雷达的最大有效探测高度和数据获取率影响较大,设备探测能力受到一定的限制。     

Unified Approach to Photon-Counting Microlaser Rangers, Transponders, and Altimeters

Unlike current manned systems, NASA's next generation SLR2000 Satellite Laser Ranging (SLR) station is fully autonomous, eye-safe, relatively compact and inexpensive, and, during daytime tracking, operates at signal-to-noise ratios several orders of magnitude below unity. Tiny, passivelyQ-switched microlasers generate ultra-short pulses with output energies on the order of 100 J at few kHz rates to achieve mm-levelranging precision to satellite altitudesof 20,000 km. Special ranging receivers, combined with Poisson statistical analysis of the received photon distribution, enable the system to rapidly and reliably identify and extract the single photon laser echoes from the solar background. The enhanced rate of return, combined with a uniform signal strength, can actually drive down both systematic and random range errors. The new SLR2000 technology has already spawned exciting new applications. Compact microlaser altimeters, capable of mapping the surface of a planet or other celestial body at multikilohertz rates, is one such application, and a high altitude, airborne version is currently being developed under NASA's Instrument Incubator Program. Interplanetary microlaser transponders would be capable of performing decimeter ranging or subnanosecond time transfer to spacecraft throughout the inner Solar System, resulting in improved knowledge of planetary motions and librations and enhanced General Relativity experiments.     

多普勒激光雷达风场反演方法研究

采用三维变分同化反演(3DVAR)、 四维变分同化反演(4DVAR) 对多普勒激光雷达资料反演风场的方法进行了研究, 利用车载多普勒激光雷达在2008年残奥会测试赛期间外场试验取得的数据, 反演了海面10 m高度处的风场, 并将风场反演结果与浮标资料进行了对比分析, 结果表明: 3DVAR、4DVAR风场反演方法均能实现近海面风的精细化风场反演, 并能反映出风向的变化, 反演风场与浮标数据基本一致, 在风速较大的天气情况, 3DVAR与4DVAR反演风场的一致性要好于风速较小的天气情况; 4DVAR反演方法中以浮标资料作为背景场, 使得其与浮标的符合程度要好于3DVAR方法反演风场; 反演风场的风向与浮标风向具有很好的相关关系, 反演风场的风速与浮标风速具有一定的相关关系, 反演风场的风向、风速与浮标的风向、风速之间平均均方根误差和平均绝对误差表明, 这两序列之间具有一定差别, 在风速较小的天气情况下使用时需要注意。     

不同台风降水强度下风廓线雷达适用性

以2019年8月在浙江舟山对1909号超强台风“利奇马”的移动观测试验为基础,利用同一地点释放的9次GPS探空气球,对比了风廓线雷达和多普勒激光测风雷达与GPS探空的吻合程度,并利用车载雨滴谱仪对风廓线雷达在不同台风降水强度下的适用性进行了研究。结果表明,在100~300 m高度范围内激光测风雷达观测风速比风廓线雷达更准确。由水平风速对比结果可知,风廓线雷达在3~4 km高度范围内偏差最小(3.59 m/s),相关性最高(0.86),而在1 km高度下偏差最大(6.39 m/s),相关性最低(0.54);在中雨及大雨条件下适用性最差,最大风速偏差约为18 m/s。由水平风向对比结果可知,风廓线雷达与GPS探空总体上吻合较好,相关系数均大于0.85,均方根偏差均小于11 °。另外,降水强度对风廓线雷达的风向观测影响较小,风向偏差随降水强度的变化总体趋于平稳,基本分布在-20 °~20 °之间。