基于闪烁效应的大气湍流廓线激光雷达测量技术研究

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光波在大气中传输时,大气湍流造成的折射率随机变化导致光强起伏、光斑扩展和光束抖动等效应的产生,进而限制了天文观测、大气光通讯、光学遥感等光电系统的性能发挥。因此,了解和掌握大气折射率起伏即大气光学湍流的时空结构特征、实时测量湍流强度廓线对光传输研究和光电工程应用等具有非常重要的意义。  本文探索了大气湍流探测的主动测量技术,对基于闪烁效应的主动式大气湍流廓线测量技术进行了细致、深入研究。利用实验室的AML-2米散射激光雷达进行了初步验证实验,基于实验结果,研制了一台适合大气湍流探测的光强闪烁激光雷达,分析了背景噪声等影响因素并进行了各项测量实验,完成的主要工作有:  1)基于Mikhail S.Belenkii等人提出的残余光强闪烁理论,分析了利用现有AML-2激光雷达测量大气湍流强度廓线的可行性。在水平方向上开展的实验获取了闪烁指数和折射率结构常数的距离和时间变化趋势,初步证实了利用激光雷达提取湍流信息的可能性;  2)根据AML-2激光雷达的实验结果和工作参数,结合残余闪烁效应理论,分析了与大气湍流探测相关的激光雷达系统参数。依据优化参数进行详细调研和部件选型,研制了一台光强闪烁激光雷达系统。性能测试表明该激光雷达各硬件工作正常,信号获取稳定可靠,可以用于实验测量;  3)在与大气相干长度仪、温度脉动仪等仪器的对比实验中,光强闪烁激光雷达获取的闪烁指数日变化趋势明显,实验结果存在一定相符,表明光强闪烁激光雷达具有获取大气湍流距离和时间(日)变化趋势的能力;  4)在光强闪烁激光雷达测量实验中,通过实验条件的改变,测量了激光雷达探测大气湍流的各种背景噪声及其他影响因素,获得了各种背景噪声的大小和方差信息,在此基础上获取了准确的激光雷达散粒噪声。上述测量和分析对光强闪烁激光雷达准确获取大气湍流具有指导意义。  
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