论文摘要
激光雷达在大气探测中以其高探测灵敏度、高时间和空间分辨率的特点,逐渐成为大气主动遥感的有力工具,基于瑞利散射的激光雷达大气温度廓线探测以其高信噪比的特点引起了研究员的广泛关注。但是通常激光雷达回波信号中除去由温度引起的瑞利散射以外,还存在由压力引起的布里渊散射,二者混合叠加形成瑞利-布里渊散射包络谱,使得基于瑞利散射的激光雷达大气温度廓线探测出现困难。目前公认描述瑞利-布里渊散射包络谱线最好的数学模型为S6模型,但是模型不存在解析解,且仅描述瑞利-布里渊散射包络光谱整体外部廓线,无法分离由温度引起的瑞利散射与压力引起的布里渊散射,降低了大气参量的反演精度。为提高激光雷达大气温度的绝对探测精度,文中采用三个高斯函数线性叠加的方式描述瑞利-布里渊散射包络谱外部廓线,且该模型中拥有独立的瑞利散射解析与布里渊散射解析式,能够解耦包络谱线中瑞利散射谱线与布里渊散射谱线。模型可以实现反演气体的温度与压力的功能,通过选取瑞利-布里渊散射包络谱线上四个离散的信息点带入模型中求解未知参量后,利用得到与温度相关的瑞利散射谱线与压力相关的布里渊散射谱线分别计算获得气体的温度值与压力值。为验证模型在激光雷达探测大气温度与压力过程中的应用,使用气体模拟散射池模拟不同的气体温度与压力环境,搭建以扫描式法布里-珀罗干涉仪作为核心分光光路,分别探测气体不同温度和压力状态下的瑞利-布里渊散射包络谱线。利用解耦模型完成实验获得的气体瑞利-布里渊散射包络谱线温度与压力的反演,并解耦包络谱线得到独立的瑞利散射谱线与布里渊散射谱线。最终,使用实验谱线反演获得的温度值与实验中实测温度值之间的绝对误差为±0.60K,反演获得的压力与实验中实测压力值之间的绝对误差为±1.00kPa。结果表明,高斯模型可以实现气体瑞利-布里渊散射包络谱线的解耦,能够准确解耦包络谱中瑞利散射谱线与布里渊散射谱线并实现气体温度与压力的反演,为激光雷达探测大气瑞利-布里渊散射谱线提供可行的解耦方法。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 康佳乐
导师: 华灯鑫,王骏
关键词: 高光谱激光雷达,大气温度及压力,瑞利布里渊散射,动力学区域,解耦方法
来源: 西安理工大学
年度: 2019
分类: 基础科学
专业: 气象学
单位: 西安理工大学
基金: 国家自然基金(编号:61575159,41627807,41875034)
分类号: P429
总页数: 66
文件大小: 6382K
下载量: 81