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微脉冲激光雷达飞行实验研究

张园明  
【摘要】: 微脉冲激光雷达是研究气溶胶光学性质的一种有效工具,将其安装在飞机上对大气气溶胶进行主动遥感探测有着十分重要的意义。本论文围绕机载微脉冲激光雷达系统和飞行实验展开讨论,主要分为四部分: 第一部分介绍了微脉冲激光雷达较传统激光雷达的优势以及国内外的研究状况,地基微脉冲激光雷达技术在国内外已经非常成熟,但是搭载在飞机上的实验和相关文献很少。然后介绍了其它传统激光雷达用于机载的国内外动态。 第二部分首先介绍了激光与大气的相互作用机制、机载微脉冲激光雷达的工作原理和工作过程。本论文基于这些理论,在本课题组微脉冲激光雷达研究的基础上,进行了微脉冲激光雷达上机飞行前的硬件设计。机载微脉冲激光雷达硬件系统的关键是建立一个具有减震功能的模块化框架结构,整个结构满足荷重、尺寸和功耗方面的要求,具有抗冲击、抗振动的能力。 第三部分研究了机载微脉冲激光雷达的数据处理方法。首先对机载微脉冲激光雷达探测的数据进行校正。然后利用Fernald方法从回波信号反演大气气溶胶消光系数。在此过程中,从地对空探测到空对地探测引入的新问题是:机载激光雷达受到航高的限制,无法选择和地基系统相同的校准点。本文采用逆推法和前向积分与后向积分相结合的方法,解决了此问题。然后对反演的误差进行了分析。最后将微脉冲激光雷达计算的气溶胶光学厚度与MODIS的气溶胶光学厚度进行比较,对两者进行了相关性分析。 第四部分的实验结果包括户外低温实验、抗震动实验、船载实验和飞行实验。微脉冲激光雷达系统装载在CMS-3807飞机上,在青岛周边海域进行了飞行探测。机载实验的成功,验证了硬件系统在飞机平台上工作的可靠性,数据处理和反演算法的可行性,为进一步改善系统提供了宝贵的经验。论文的最后对本文做了总结,提出了系统今后的发展目标。


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