發(fā)布時間：2020-12-23 17:45

　　大氣激光雷達可以測量氣溶膠和云的光學參數(shù)、水汽混合比、二氧化碳混合比、二氧化氮混合比、臭氧混合比、鈉原子密度數(shù)、鉀原子密度數(shù)、鐵原子密度數(shù)、鈣原子密度數(shù)、大氣分子密度、溫度、分場等,在大氣環(huán)境監(jiān)測、氣象環(huán)境預報和保障、大氣科學研究、空間物理科學等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。在大氣激光雷達設(shè)計階段需要利用仿真計算論證探測原理的可行性,配置合理的大氣激光雷達參數(shù),為大氣激光雷達的研制提供參考依據(jù)。大氣激光雷達研制完成之后,仍然需要計算一些難以測量的參數(shù)。因此,本文設(shè)計了一套基于HITRAN數(shù)據(jù)庫的大氣激光雷達信號仿真系統(tǒng),該仿真系統(tǒng)的實現(xiàn)包括以下兩部分:（1）基于大氣激光雷達方程建立信號仿真模型。該仿真模型結(jié)合大氣分層模式模擬激光在傳輸過程中大氣分子和氣溶膠對激光造成的衰減。HITRAN數(shù)據(jù)庫中包含了大氣分子的吸收譜線,仿真模型利用這些譜線參數(shù)計算大氣分子高精度的吸收光譜;仿真模型利用瑞利散射計算了大氣分子對激光的散射系數(shù);大氣輻射傳輸模型Lowtran7模擬了氣溶膠對不同波長激光的衰減,因此該仿真模型結(jié)合了 Lowtran7中的氣溶膠模式結(jié)構(gòu)。此外,該仿真模型能夠分析激光雷達系統(tǒng)中的幾何因子、干... 

【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院國家空間科學中心)北京市

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．１激光雷達系統(tǒng)的基本組成??

每立方厘米下從幾十個到幾千個不等，而巨核和大核通常在每立方厘米下少于１??個。它們的形狀可能是球形的，也可能是非球形的。??氣溶膠粒子的濃度隨高度的分布具有較大的差異性，圖２．３是ＥｌｔｅｍｉａｎＰｌ測??得到氣溶膠粒子數(shù)密度隨高度的分布圖。??從圖２．３可以看出在從地面到５ｋｍ高度范圍內(nèi)，氣溶膠粒子的數(shù)密度衰減較??快；在５ｋｍ－２０ｋｍ的高度范圍內(nèi)，氣溶膠粒子的數(shù)密度變化較�。欢冢玻埃耄硪�??上的高度，氣溶膠粒子數(shù)密度快速的減少，基本上可以忽略不計。??氣溶膠粒子對激光的輻射衰減不僅取決于氣溶膠粒子的濃度和形狀，還取??決于粒子的尺寸分布。氣溶膠粒子的尺寸分布是在粒子數(shù)密度一定的情況下，不??同尺寸的氣溶膠粒子的分布。在假設(shè)所有的氣溶膠粒子的形狀為均勻球體的條??件下，氣溶膠粒子對激光的衰減可以用米散射理論進行計算。式２．７給出了米散??射理論計算中關(guān)鍵的參數(shù)？］：??７?２ｎｒ??ｘ?—?ｋｒ?＝?――?（２．７）??Ａ??其中，「是散射球體的半徑，Ａ是波數(shù)，＾是可見光的波長。無量綱的尺寸??９??

Ｑｅｘｔ?＝?４?（２－９）??ｎｒ１??如圖２．４所示，在給定／ｌ?＝丨０．６／／／？，《?＝?１．２９?＋?Ｚ０．０５的條件下，我們利用米??散射理論ｍｉ計算了粒子有效消光截面，和有效散射截面與粒子尺寸參??數(shù)ｊｃ之間的關(guān)系。對于有效吸收截面，我們可以利用式??計算得出。??從圖２．４可以看出，在０－７／ｙ／？區(qū)間內(nèi)，氣溶膠粒子對激光的有效消光和散射??隨粒子尺寸而增加；在７－１３；／／？區(qū)間內(nèi)，氣溶膠粒子對激光的有效消光和散射隨??粒子尺寸而減小；而在１３／＾ｍ以后，氣溶膠粒子的尺寸對激光的衰減變化不大。??而從整個的尺寸范圍來看，氣溶膠粒子的有效消光截面和吸收截面還是隨粒子??的尺寸不同而存在著較大的差異。因此，研宄氣溶膠粒子的尺寸分布對我們研宄??氣溶膠對激光的衰減是必不可少的一部分。下面我們介紹氣溶膠粒子幾種常見??的尺寸分布：??１．?Ｄｅｉｒｍｅｎｄｊｉａｎ分布（修正的伽馬分布）??１０??

【參考文獻】：
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本文編號：2934096