从三维射线方程出发,经过分析和简化,得到水平非均匀大气条件下射线描 迹的微分方程组,作为光学测量的理论基础。分析了温度梯度分布的一般特征;在 射线弯曲的几何关系基础上,分析了折射角及折射角变化量和温度梯度的积分关系, 讨论了路径加权特性,表明在非均匀并且温度梯度对光路中心不对称分布条件下, 单边光学测量得不到温度梯度的区域平均值。需要通过双向对测,才能得到光路上 温度梯度的算术平均。同时表明,多光源测量系统在非均匀大气近地面层得不到准 确的平均温度廓线。

采用Rytov相位结构函数二次近似的方法和广义惠更斯-菲涅耳原理, 推导出了部分相干平顶光束通过大气湍流传输的空间相干度公式,研究了湍流对光 束空间相干特性的影响。研究表明:部分相干平顶光束的空间相干性由大气湍流 折射率结构常数、光束的相对空间相关长度、平顶光束的阶数、传输距离和观察点 位置坐标等因素共同确定。部分相干平顶光束通过湍流大气传输时,其空间相干度 会出现振荡和相位奇异现象,但随着湍流的增强,振荡减弱,直至振荡和相位奇异 现象消失。

为了建立我国的大气模式和制定合适的大气环境保护政策,对大气参数(臭 氧浓度,相对湿度,气溶胶后向散射比,温度,二氧化碳浓度等)进行全面测 量并分析其基本特性十分重要。多功能性L625激光雷达能够分时测量大气中 的臭氧浓度、气溶胶消光系数、散射比、大气温度、二氧化碳混合比、水汽混合比 等多种大气参数。 对该激光雷达探测的大气参数和其他仪器包括卫星探测器 MLS、无线电探空仪、DWL激光雷达、Raman 激光雷达进行了对比,验证了L625激光 雷达探测结果的可靠性和有效性;并且对测量数据进行了分析,得出了夏季合肥地 区臭氧、气溶胶、水汽、温度、二氧化碳的基本特征。

利用改进的BP算法,结合Mie散射理论, 建立了波 长、散射系数、吸收系数与气溶胶粒子等效复折射率之间的非线性映射关系,实现 了反演实际大气非均匀气溶胶粒子等效复折射率的BP神经网络模型的建模。利用该 模型对气溶胶粒子等效复折射率进行了反演,根据反演得到的等效复折射率计算了 其光学特征量,计算结果与实测结果基本吻合。

基于可调谐半导体激光光谱(TDLAS)技术,结合实验室自制程长可达 50 m 的Herriot池,使用波长计对乙烷吸收谱线进行了准确定标, 并根据记录的光谱数 据,精确测量了6039[EQUATION]6054 cm[EQUATION]波段内71条乙烷分子的谱线(中心位置及谱线强度), 最小可探测谱线吸收强度为10[EQUATION] cm[EQUATION]/(molecule[EQUATION]cm[EQUATION]),对结果及误差进行了 详细分析,为进一步研究天然气提供了重要参考。

提出一种新的基于参量变换技术的高精度红外辐射定标方法,利用泵浦激光 和红外信号光在非线性晶体中发生参量放大作用,通过相位匹配技术将红外辐射信 号转移到可见光波段进行测量,这种定标方法本身具有绝对性,因而具有更高的定 标精度。以黑体作为红外辐射模型,从理论上推导出参量变换技术运用于红外遥感 定标的可行性。这种新型的辐射定标方法,将在未来的通信、夜视以及遥感定标领 域获得新的应用。

讨论了通光孔径尺寸和湍流高度分层模型对权重函数的影响。在此基础上利 用奇异值分解法，反演了不同通光孔径尺寸和湍流高度分层模型下的湍流强度廓线， 并进一步分析了通光孔径尺寸和湍流高度分层模型对反演结果的影响。结果表明： 采用较小孔径比、等比湍流高度分层模型的权重函数反演得到的湍流强度廓线更为合理。

介绍了基于量子级联激光器的 脉内光谱技术,一个长激发脉冲应用在中心波长为7.85 [EQUATION]m脉冲量子级联激光器上, 用于快速波长扫描,通过分析比较不同工作参数下的激光光谱信号,寻求最佳的激 光器工作参数,并且在选定的工作参数下对目标气体的吸收谱线进行测量,得到了 中心在1273.7 cm[EQUATION]的N[EQUATION]O吸收谱线。

基于NMOS线性图像传感器和单片机(MCU)技术设计了一个光谱信号采集系统。介绍了系统的硬件构成及工作原理,详细分析了S3924-512Q图像传感器的结构、 工作原理和特点。用PIC16F877A单片机控制A/D转换实现光谱信号数据采集,并给出了程序流程图。通过该系统,实现了特定波段光谱的高精度采集。

风廓线雷达是探测大气风场和湍流的有效工具,其回波易受地物杂波干扰, 使得雷达回波谱变得复杂,为了提高雷达探测精度,地物杂波抑制是风廓线雷达信 号或谱处理重要的一部分。介绍了一般地物杂波抑制方法并分析其不足,研究 了频域中地物杂波和雷达大气回波谱特征,结合大气回波谱倾斜度分析,提出了 基于未受污染大气回波谱高斯最小二乘拟合地物杂波抑制方法,研究表明,该方法 在地物杂波抑制处理上是可行的。

分析了用于测云的最佳激光雷达波段,给出了计算雷达方程所需的大气分子 和气溶胶消光系数的垂直廓线模拟图,以及在小孔光阑存在的情况下同轴透射式测 云激光雷达的几何重叠因子模拟图,使用拟定的大气探测激光雷达技术参数进行回 波信号及其信噪比的模拟计算,分析脉冲发射能量、脉冲发射次数、滤光片半宽等 对信噪比不同程度的影响。这对分析测云激光雷达的探测性能具有基本的意义,同 时也为测云激光雷达技术参数的确定提供了理论上的分析依据。

对激光测距过程中大气吸收和散射、大气湍流的影响进行了研究,并分析了常见的近地面中短程激光测距的大气传输特点,为激光测距机的设计和应 用提供了参考。