Raman激光雷达探测气溶胶光学特性

基于Mie散射苏州大气气溶胶的激光雷达探测

季节相比，苏州２００７年春季对流层中上部气溶胶的含量偏大；而在冬季，即便在３ｋｍ高度上，也会
出现一个明显的干净层，明当年冬至次年春始的大气总体较为洁净．表
关键词：光雷达；噪比；流层；气气溶胶；激信对大消光系数
本文介绍该激光雷达的总体结构、技术参数及其工作原理，同时给出了大气气溶胶的垂直消光系数廓线
以及典型测量结果的分析和讨论．
１激光雷达的系统装置
激光雷达系统的收发结构如图１主要是由激光发射单元，，光学接收单元，信号接收与数据采集单元四部分组成．激光雷达的激光发射单元包括二极管泵浦的Ｎ：ＶｄＹＯ锁模调Ｑ固体激光器和扩束镜．工作在基模的激光器所发出的１６ｍ的近红外光经过４０４ｎＯ倍的扩束镜进行光斑扩束后射向大气中．
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２００８年５月
南京晓庄学院学报
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＮＡＮＩＡＯＨＵＡＮＵＮＩＲＳＴＪＮＧＸＩＺＧＶＥＩＹ
Ｍａ．０８ｙ２０Ｎ．３ｏ
第３期
基于Ｍｉ散射苏州大气气溶胶的激光雷达探测ｅ
收稿日期：０８— ３０２００ —３
作者简介：李洪敬，，男南京晓庄学院物电院教师，硕士．现从事激光测量技术及弱信号探测技术的研究．
一
２ — ３
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管（ｉＡＤ）采集卡（Ｓｐｉａｄ采用多通道完成初步的数据收集，多个采集通道之间无时间间隔，Ｓ：Ｐ．ＭＣ－ｃｃｒ）其并

军用激光雷达

激光雷达技术及其应用（一）激光, 雷达, 分辨率, 技术, 能力20世纪60年代初出现了以测距为主要功能的激光雷达，它以高角分辨率、高速度分辨率、高距离分辨率、强抗干扰能力、良好的隐蔽性，以及出色的全天候工作能力在很多领域尤其是军事领域中得到了广泛的应用。

激光雷达技术也称机载激光雷达，它是一种安装在飞机上的机载激光系统，通过量测地面的三维坐标，生成激光雷达数据影像，经过相关软件处理后，可以生成地面的DEM模型、等值线图及DOM 正射影像图。

激光雷达系统通过扫描装置，沿航线采集地面点三维数据；系统可自动调节航带宽度，使其与航摄宽度精确匹配，在不同的实地条件下，平面精度可达0.1m，采样间隔为 2～12m。

激光雷达是集激光技术、光学技术和微弱信号技术于一体而发展起来的一种现代化光学遥感手段，它使用激光作为探测波段，波长较短而且是单色相干光，凶而呈现出极高的分辨本领和抗干扰能力，为其在各方面的应用奠定了重要基础。

激光雷达探测技术不仅可以获得目标地物表面的反射能量的大小，同时还可获取目标反射波谱的幅度、频率和相位等信息，用于测速和识别移动目标，在环境、生态、通信、航天等方面有着广泛的应用。

本文重点介绍激光雷达的技术现状和应用领域。

机载脉冲式激光雷达的发展简史激光雷达的研发早在上个世纪的七十年代就开始了(Jennifer and Jeff 1999)。

最初，是由美国的航天航空总署NASA研究出了一种非常笨重的基于激光测量的设备。

尽管它非常昂贵，也只能测量放在地面上的飞机的精确的高度。

在八十年代后期，随着GPS民用技术的提高，使得GPS对位置定位的精度达到了厘米的量级。

高精度的用于记录激光来回时间的计时器和高精度的惯导测量仪（Inertial Measurement Units，IMU）的相继问世，为激光雷达的商业化打下了基础。

激光雷达工作原理激光雷达的工作原理与雷达非常相近。

由激光器发射出的脉冲激光由空中入射到地面上，打到树木上，道路上，桥梁上，房子上，引起散射。

激光雷达在大气环境监测中的应用

激光雷达在大气环境监测中的应用随着人类社会的不断发展，大气环境污染问题日益凸显，我们需要通过各种手段进行监测和治理。

而激光雷达便是一种非常重要的手段。

激光雷达可以通过激光束的反射来获取大气环境的各种信息，从而实现对大气环境的快速、准确的监测和评估。

本文将介绍激光雷达在大气环境监测中的应用。

一、激光雷达的基本原理激光雷达利用的是激光束在传播过程中被大气环境中的气体、气溶胶等粒子所散射的原理。

一般来说，激光雷达的发射器会向周围空气发射激光束，激光束会在空气分子、云雾、烟雾、颗粒等大气环境物质中产生多次反射和散射，同时会随着时间的推移和传播距离的增加而逐渐减弱和消失。

激光雷达接收器接收到激光束反射回来的光信号后，便能够根据其强度和时间信息，对大气环境的各种特性进行分析和评估。

二、激光雷达在空气污染监测中的应用1. 大气颗粒物浓度监测激光雷达能够对大气中的颗粒物进行实时检测，而且检测精度高、速度快。

激光雷达可以测量颗粒物的浓度、分布、形态等多个参数，粒径分布范围可以从几纳米到数毫米之间，对于大气污染的监测和评估非常有意义。

例如在城市大气环境污染监测中，可以利用激光雷达对大气重要污染物细颗粒物（PM2.5）的浓度进行实时检测，以判定空气质量是否达到标准和防范污染危害。

2. 大气物理参数监测激光雷达不仅可以检测颗粒物的浓度，其还可以对大气物理参数进行测量。

例如可以通过激光雷达对大气湍流、温度、湿度、风速、风向等参数进行探测，而且精度更高、时间分辨率更短，成为大气物理参数监测的重要手段。

3. 污染源监测利用激光雷达技术，我们可以对城市和大型工业区等区域的大气污染源进行监测。

例如对污染物排放口、烟囱等处进行扫描，利用反射激光辐射被污染物的信息，可以获得直观的污染来源地点和浓度分布信息，从而更好地掌握污染源信息，为治理提供科学依据。

三、激光雷达在应急污染事件监测中的应用中国地大物博，各种应急事件发生的几率不断升高。

激光测风雷达介绍

激光测风雷达供应商：
型号：Molas B300 制造商：南京价格：65万左右产品参数：测量精度（0.1m/s）、采样频率（1s），测量范围为40-300m；产品尺寸：520*420*550mm，产品重量<50KG
激光测风雷达供应商：
4、北京
型号：WindDR 制造商：价格：60万左右产品参数：产品测量精度（0.2m/s）、采样频率（0.1s），测量范围为30-300m；产品尺寸：560*570*550mm，产品重量约45KG
激光测风雷达使用场景：
3、结冰地区的补充测风
我国湖南、贵州、广西等地区湿度大，存在冰冻现象，测风塔一方面有倒塔风险，另一方面因传感器附冰而影响风速数据的测试精度，造成测量数据缺失或数据质量降低的问题，利用激光雷达补充测量可有效解决因冰冻导致的数据测量问题，为机组配置提供可靠气象条件数据输入。
激光测风雷达使用场景：
4、高空风廓线测量
随着近年来风电机组日渐大型化，测风塔高度已难以满足现有机组轮毂高度要求。激光雷达可满足40m~300m高度测量，利用激光雷达测量风廓线，可测量风机扫风面从下叶尖到上叶尖的实际风廓线。
激光测风雷达使用场景：
5、海上风资源评估
目前，海上风电场前期测风仍主要采用海上测风塔方式。海上测风塔具有造价成本高、维护成本高、测量限制因素多（塔影效应、测量高度、传感器数量）等问题。而激光雷达的便携性，则为上述问题提供了一种新的解决方案。
要求，仅通过测风塔数据模拟得到的结果存在很大差异。而通过激光雷达在风险区域实地测量，结合现有测量结果和软件模拟对比，将有效识别风险区域的真实性，规避潜在风险。
激光测风雷达使用场景：
2、功率曲线验证

激光雷达测风技术(4)

航天学院
NOAA HRDL (A SOPA Lidar)
航天学院
直接探测激光测风雷达结构
发射机:必须是单频激光器（稳频窄线宽），如倍频532nm、三倍频355nm或四倍频266nm ; 接收机：如果测量精度为1m/s，则频率分辨率=2v/=5.6MHz （对于532nm)
航天学院
激光雷达的后向散射信号
航天学院
VAD 扫描矢量风场反演
径向速度vR可以由v、u和w组成，纬度风速分量usincos,子午线速度分量vcos cos,垂直速度分量wsin, -方位角，向北顺时针，仰角。
对于VAD扫描：仰角是常量，方位角是变量，径向速度vR是测量量，(u, v, w)满足下式：
上式还可表示为：
对流层
2-16 0.5
平流层
16-30 2.0
低对流层
0-5 5
高对流层
5-16 10
平流层
16-20 10
风分布数
风分布间距时间采样测量精度水平积分区域
/hour
km hour m/s km 1.5
30,000
50 3 1.5 50 2 5
100
>500 12 5 50 5
航天学院
激光雷达测风技术发展趋势
aerosol signal molecular signal transmitted signal
sunlight
L
Wavelength
航天学院
双F-P标准具多普勒检测
I I IL T() Backscattered signal
Laser
I IL 1 d L I 0 T ' ( L )
Nd:YAG

激光雷达探测的大气气溶胶空间二维分布

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第３６卷第３期
ＶＯ．６ＮＯ３１．３
红外与激光工程
ＩｆａｅｎａｅｇｎｅｎｇｎｒｒｄａｄＬｓｒＥｎｉｅｒｉ
２００７年６月
Ｊｎ．２７ｕ００
激光雷达探测的大气气溶胶空间二维分布
Hale Waihona Puke ｅｏｖｎｇｅｒｂａｎｄｂｏｒｓｏｄｎａａｐｏｅｓｎａｓｖｌｉｇｆｕｓｗｅｅｏｔｉｅｙｃｒｅｐｎｇｄｔｒｃｓｉｇｍｅ．ＴｈｅｃａｓｃａｕｅｎｅｕｔｉｒｉｎｌｓｉａｍｅｓｍｅｔｒｓｌｓｌｒｏｃｆＤｅ２，２０５ｒｅｉｅｈｅｅｕｔｎｔｎｙｏｎｌｒｆｅｔｈｅｉｓｒｂｔｎｆａｒｓｌｅｔｃｏ０ａｇｖｎ．Ｔｒｓｓｏｏｌｒｕｄｙｅｌｃｔｄｔｉｕｉｏｅｏｏｘｎｔｎｌｏｉｉｃｅｆｃｅｔｏｏｏｇｔｄｎａｒｓｅｔｎｉｔｏｐｅｅｓａｅｕｓｏｉｕｌｓｌｙｔｅｉｔｇａｏｆｉｎｆｓｍｅｌｎｉｉｌｃｏｓｓｃｏｎａｉｕｉｍｓｈｒｐｃ，ｂｔａｏｂｖｏｓｙｄｐａｎｅｒｌｌｉｈ
（．ｈｃｏｌｏｈｓａＳｉｎｅａｄＴｃｎｌｇ，ｏｃｏｎｖｒｔＳｚｏ１０６ｈｎ；１ＴｅＳｈｏｆＰｙｉｌｃｅｃｎｅｈｏｏｙＳｏｈｗＵｉｅｓｙ，ｕｈｕ２５０，Ｃｉａｃｉ

利用激光雷达资料模拟沙尘气溶胶边界层响应

第２９卷第２期２０１３年０４月
热带气象Ｍ学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＴＲＯＰＩＣＡＬＥＴＥ０ＲＯＬＯＧＹ
Ｖｂ１．２９．Ｎｏ．２
Ａｐｒ．，２０１３
王娜，张镭，邓涛，等．利用激光雷达资料模拟沙尘气溶胶边界层响应［Ｊ］＿热带气象学报，２０１３，２９（２）：３２８．３３６．
图１、图２是激光雷达资料反演得到的气溶胶消光系数和光学厚度，通过对整个光路的气溶胶消光系数积分，得到气溶胶光学厚度。图１中１７１６代表１７Ｅｔ１６：００，其它依次类推。１７１６是
２．陕西省气候中心，陕西西安７１００１４；３．中国气象局广州热带海洋气象研究所，广东广州５１００８０）
摘
要：利用后向散射激光雷达的探测资料，通过ＷＲＦ（ＷｅａｔｈｅｒＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＦｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ）模式与包含气溶
胶辐射效应的大气边界层数值模式嵌套起来的数值模拟平台（ＷＲＦ．ＡＢＬ），对２００６年６月１７日出现的浮尘天气
沙尘气溶胶长波辐射效应及大气边界层的响应进行了模拟计算和分析。夜间沙尘气溶胶作用使低空沙尘气溶胶
所在层冷却，整个沙尘过程４小时地面层温度减小０．２８Ｋ，地面至２５００１ＴＩ高度温度减小约Ｏ．２３～Ｏ．４３Ｋ，降温最大值在２１００—２３００ｍ高度层内，最大降温０．４３Ｋ；相应夜间沙尘气溶胶所在层风速增大。

激光雷达工作原理与气象探测

激光雷达工作原理与气象探测王　保　成(江苏徐州空军后勤学院　徐州　221000)张　卫　华(民航徐州导航站　江苏　221000) 激光是20世纪60年代出现的最重大科学技术成就之一。

它的出现深化了人们对光的认识,扩大了光为人类服务的天地。

激光技术从它的问世到现在,虽然时间不长,但是由于它有着几个极有价值的特点:高亮度性、高方向性、高单色性和高相干性,因而无论在国防军事、工农业生产、医学卫生和科学研究等方面都有广泛的应用。

激光雷达是将激光技术、高速信息处理技术和计算机技术等尖端技术相结合的产物。

一、激光雷达的工作原理激光雷达主要由发射、接收、测量控制和电源4部分组成。

其工作原理是,激光雷达先向目标方向发射激光探测信号,光标碰到信号后被反射回来形成回波。

由于回波经历的时间等参数恰好反映了接近目标的情况和运动状态的变化,所以通过测量回波信号的到达时间、频率变化和波束所指方向等,就可以确定目标的距离、方位和速度等。

二、激光雷达在气象探测方面的应用由于激光雷达具有识别能力强、测量精度高、抗干扰性能好、盲区小、反应快等优点,因而被广泛用于探测湿、温、风、压等基本参数,并实现了对那些威胁飞行安全的能见度、低云等疑难参数的遥测,所以在气象探测领域有着广泛的应用。

1.在测云方面的应用测云是激光最早的应用之一。

用激光可以探测云底高、云厚和云的层次,这对天气分析和航空飞行均有实际意义。

激光测云的优点是测量精度不随高度而变,精度一般可控制在10米以内。

法集中,情绪上恐惧不安,还会引起头痛、恶心、晕眩;严重时使人神经错乱,癫狂不止,休克昏厥,丧失思维能力。

当次声波频率和人体内脏器官的固有频率(4Hz —18Hz )相当时,将会使人的五脏六腑产生强烈共振,轻者肌肉痉挛、全身颤抖、呼吸困难;重者血管破裂、内脏损伤,基层迅速死亡。

1968年的一天傍晚,一些正在田间操作和使用晚餐的法国农民突然失去知觉;几十秒以后就死亡了。

究其原因是16千米外马赛附近的法国国防部次声试验所正在进行次声武器试验,由于不慎将次声波泄漏了出去。