为了研究合肥地区大气边界层结构变化特征,利用偏振拉曼-米散射激光雷达进行了连续探测。首先介绍利用 激光雷达回波信号提取大气边界层高度的梯度法,并分析该方法的优缺点。然后对梯度法进行修正,给出具体 的实例分析及对比结果。最后利用修正后的梯度法对激光雷达连续测量数据进行大气边界层高度提取,得到 合肥地区观测站上空大气边界层的高度分布及时间变化特征。结果表明,实验期间合肥地区的大气边界层高 度主要分布在1～1.5 km范围内,平均高度约为(1.28±0.2) km。

多普勒激光雷达在风场测量和数值天气预报等方面有重要意义,而信噪比则是衡量系统测量精度的重要参数。以2007年中 国海洋大学研制的我国第一台车载多普勒测风激光雷达系统为参考,模拟了在相同平均功率下,使用4种重复频率 不同的激光器的激光雷达系统测量海面风场中的信噪比,并与汕尾测量的海面风场数据进行了对比,模拟数据 和实测数据能够较好吻合,模拟结果证明使用低重复频率激光器的激光雷达系统能够获得较高的信噪比。而 根据多普勒激光雷达业务测量要求,要求比较高的激光重复频率,通过模拟研究,建议选择激光器激光重复频率500～1000 Hz。

介绍了一种利用太阳直接辐射和天空漫射辐射来反演气溶胶光学特性的方法,研究了其算法实 现过程。结合太阳辐射计CE318所测得的太阳直射辐照度和天空漫射辐亮度数据,反演获得了晴 朗天气下四个波段的气溶胶光学厚度、Angstrom参数、单次散射反照率、散射相函数和偏振 相函数。算法的实现为解决光学遥感应用中气溶胶散射相函数和偏振相函数的测量问题提 供了一个实用的方法。

在大气气溶胶类型、谱分布的基础上,利用Mie散射理论计算气溶胶在可见光和近红外波段的散射和衰减特性,讨论 分析了大气气溶胶对可见光和近红外波段激光传输衰减的影响。计算结果表明,激光传输在很大程度上受粒子的折 射率和谱分布的影响;不同类型气溶胶粒子具有不同的折射率和谱分布参数,从而决定了其具有不同的散射和吸收特性; 气溶胶粒子的数密度越大,其衰减和散射能力就越强,对激光传输的衰减也就越大;但前后向散射的不对称性只与气 溶胶谱分布有关,与数密度无关。所得出的结论有助于准确评估大气气溶胶对激光传输的影响以及提高激光 传输、通信和激光测风等应用。

介绍了一种基于室温脉冲量子级联激光器的大气N2 O监测仪的研制。以中心波长为1274 cm-1的分布反馈式量子 级联激光器为光源,结合长光程多次反射池,可实现对大气中N2 O的测量。该系统利用激光器长脉冲产生的线性频 率啁啾,扫描通过气体分子完整的吸收线,从而进行定性和定量分析。集成的数据分析软件根据HITRAN04数据库 中的谱线参数采用直接吸收的方法对气体进行测量,不需要定标。系统具有良好的重复性和稳定性,检测限低于13 ppb,可实 现大气中N2 O的检测。

大气气溶胶是影响大气环境的主要污染物之一,在大气污染过程中,大气气溶胶粒子污染在其中占有 重要的地位。通过FTIR系统检测合肥冬季气溶胶粒子中的无机离子成分,表明合肥地区冬季气溶胶的 源与气溶胶的粒径有关:粒径小于2.5 μm的气溶胶细粒子,主要来源于化石燃料燃烧、机动车排放等 人为污染排放源。而在粒径大于2.5 μm的气溶胶中,矿石含量比较高。

依据云粒子对偏振激光的消偏原理,基于星载激光雷达CALIPSO的数据,利用其层积分衰减的后向散射β与 层积分的退偏振比δ之间的二维阈值关系及其空间相关性提出了一种云相态识别的新算法。应用该算法对 2010年3月3日中国区域内的一轨CALIPSO数据进行了云相态的反演实例实验,并对实验反演结果与CALIPSO相态 产品进行了对比分析。结果表明该算法具有更高的云相态识别精度。

建立了包含总控计算机、大气探测设备测控机及网络交换机在内的大气探测设备网络通信控制系统。该系 统采用Windows Socket实现了通信功能,为了避免通信中阻塞的发生,选择了异步通信机制。根据系统的具 体要求设计了通信协议,运用XML统一了各测控机测量的大气参数的格式。最终实现了对各种大气探测设 备的集中控制,以及对采集到的各种大气参数的集中获取。

介绍了基于AVR单片机的多轴差分吸收光谱仪(multi-axis differential optical absorption spectroscopy, MAX-DOAS)控 制系统设计。采用Atmega128 AVR单片机实现MAX-DOAS系统的数据通信、背景电机控制、扫描电机控制及温度 检测和控制,并给出了整个控制系统的电路设计方案及软件实现过程。设计的控制系统可以使MAX-DOAS系统实 现痕量气体垂直柱浓度与廓线的自动监测。

科学级CCD驱动时序对CCD可靠、稳定的运行起着重要作用。针对e2v公司的CCD47-20 BI AIMO(advanced inverted mode operation)提出了一种基于FPGA(field programmable gate array)的科学级CCD驱动时序的设 计方案。该设计方案以Actel公司的FPGA-APA600为硬件设计平台,在LiberoIDE v9.0开发环境中,使用Verilog语 言对驱动时序进行硬件描述,并采用第三方软件ModelSim6.0进行功能仿真。 配合Matrox公司的图像采集卡进行图像采集实验,实验结果表明,CCD能正常、稳定 地工作,所设计的驱动时序满足CCD47-20 BI AIMO的时序要求。目前,该设计已应用于氧气探测空间外差干涉仪 的CCD读出电路,满足工作要求。

为了防止车载多普勒测风激光雷达运动过程中振动对系统的不良影响,保证系统测量的稳定性和精度,对车载测 风激光雷达中的机柜和光学平台进行隔振设计。选用IDC公司SB型和M型金属钢丝绳隔振器分别作为机柜和光学平 台的隔振器并合理布置,通过计算可得峰值响应频率都小于干扰频率,冲击位移小于隔振器最大形变量,通过隔振 效率和干扰频率的关系曲线图发现隔振效率达80%以上。最后,通过隔振前后激光雷达锁频实验效果对比可以看 出隔振系统安装后锁频效果有了显著提升,通过运动中测量的1 km高度径向风速正弦曲线拟合进一步验证了在 运动测量中隔振设计的可靠性。

提出了一种基于液晶可调谐滤光片(LCTF)多光谱CCD相机光学系统设计方案。该光学系统焦距60 mm, F数为3.5,谱段 范围400～720 nm,视场角16.6°。采用前置扩束光学系统获得满足液晶可调谐滤光片孔径、视场角要求 的光束,后继成像系统采用双高斯型结构。像质分析表明,此设计能够满足使用要求,在谱段范围内, 16个波段都能清 晰成像,满足实际工程需要。