西安理工大学机械与精密仪器工程学院激光雷达大气遥感研究中心，陕西 西安 710048
以斜程能见度精确探测为目标，综述了激光遥感在斜程能见度测量中的主要技术及其研究进展，分析了现有探测技术在斜程能见度测量中的不足与局限性，重点介绍了一种新型的激光雷达结合辐射传输模式的斜程能见度测量方法，剖析了基于拉曼-米散射激光雷达的气溶胶精细探测技术、基于辐射传输模式的大气散射辐射亮度解析方法以及大气散射辐射亮度校正的斜程能见度测量技术与应用案例，突破了当前白天斜程能见度测不准的技术瓶颈。最后，展望了激光遥感技术在全球斜程能见度测量中的应用潜力。
大气光学 激光遥感 斜程能见度 辐射传输模式 散射辐射亮度
苏博家 1,2,3董吉辉 1,2,3,*杨荣 1,2,3陈春利 1,2,3[ ... ]周鼎富 1,2,3
1 西南技术物理研究所，四川 成都 610041
2 激光雷达与器件技术四川省国防科技重点实验室，四川 成都 610041
3 中国兵器工业集团有限公司激光器件技术重点实验室，四川 成都 610041
4 北京理工大学光电学院，北京 100081
生物气溶胶极易在大气中传播并引发大范围疾病感染，利用生物荧光特异性的激光诱导荧光（LIF）雷达技术是实现生物气溶胶防区外侦测的有力手段。LIF激光雷达是一种宽光谱系统，受大气能见度和背景辐射的影响与窄光谱系统（如米散射激光雷达）有明显差异。为了评估LIF激光雷达在不同大气条件下的探测性能，利用Modtran5对几种典型的大气能见度和背景辐射（或工作时段）的水平路径上的宽光谱背景辐射与大气传输透过率进行了仿真，进而对不同大气条件下LIF激光雷达的探测性能进行了定量分析。仿真结果表明：在相同的大气能见度条件下，夜间的可探测距离要比白天高出2~4倍，且能见度越好，探测性能差异越大；在相同的工作时段，大气能见度良好时的可探测距离要比大气能见度较差时的高出2~5倍，且夜间探测性能差异比白天大；气溶胶生物性识别的可探测距离要比生物成分识别的可探测距离高出1~2倍，且受大气条件的影响明显。
遥感 生物气溶胶 荧光激光雷达 背景辐射 大气能见度
1 西南技术物理研究所，四川 成都 610041
2 激光雷达与器件技术四川省国防科技重点实验室，四川 成都 610041
3 中国民用航空飞行学院 理学院，四川 广汉 618307
相干激光测风雷达具有体积小、探测效率高、信噪比强等特点，在气象、航空保障以及风电等行业得到了广泛的应用，但是目前雷达数据产品大多是利用回波多普勒频移信息反演的风场数据产品，未对雷达回波信号强度信息进行数据挖掘。针对当前相干激光测风雷达数据产品开发不足的问题，介绍了一种新型基于相干探测的激光雷达数据产品生成技术，该技术在探测风场的同时，实现云高、消光系数及能见度等多种气象要素数据产品的生成。首先，通过分析回波信号特性，推导出雷达回波信号功率的计算方法，获取探测范围内各距离位置的回波信号强度信息。在此基础上，利用阈值法和微分零叉法反演出云底高度，同时采用改进型Klett算法实现大气消光系数的反演，继而实现能见度的测量。最后，与气象站能见度仪、激光云高仪以及532 nm气溶胶激光雷达进行数据对比验证试验，试验数据结果显示：云高对比精度可达5.0%，能见度对比精度可达12.2%，消光系数对比有较好的一致性，并可长期在多种气象环境下连续测量。
激光雷达 气象探测 相干探测 消光系数 能见度 云高 lidar meteorological detection coherent detection extinction coefficient visibility cloud height 红外与激光工程
2023, 52(11): 20230138
1 华中光电技术研究所 — 武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
2 武汉设计工程学院信息工程学院, 湖北 武汉 430225
水下光电成像技术可以获取水中目标的高分辨率信息, 在水下资源勘探或水下威胁目标探测告警等民用和军用领域有重要的应用。研究水下光电成像模型, 旨在阐明水下图像退化机理, 获取高质量的水下光电图像。以静态水下光场分布为基础, 通过视线方向上的路径亮度积分获取水下图像, 从而建立水下图像与水下光源分布、目标布置、水体光学参数以及视点位置的关系, 得到水下光电成像模型。以水下实际拍摄的光电图像为例, 初步验证了水下光电成像模型的有效性。该成像模型从理论上说明了在自然光及人工照明情况下的水下图像形成原理, 对设计优良的水下光电成像系统及水下图像复原算法具有指导意义。
水下光电成像 多次散射 模型 水中能见度 辐射传输方程 underwater electro-optical imaging multiple scattering, model visibility in water radiative transfer equation
大气与环境光学学报
2023, 18(5): 434
1 中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室，天津 300300
2 中国民航大学电子信息与自动化学院，天津 300300
基于逐次阶散射法对矢量辐射传输方程进行求解，考虑了多次散射现象以及地表反射模型，研究了实际天气条件下不同能见度天气中气溶胶的散射偏振特性。基于北京地区2019年较长时间范围内的能见度统计，选取具有代表性的高能见度和低能见度天气。依据AERONET气溶胶宏观和微观数据，采用更能反映地表情况的耦合地表反射模型。仿真得出了不同能见度天气条件下的气溶胶散射光Stokes矢量，进而求得偏振度。仿真结果表明，低能见度和高能见度天气条件下的气溶胶散射偏振特性有所不同。低能见度天气条件下，随着太阳天顶角的增大，向下的1次散射光I、Q、U分量无规律变化，而向下的高阶散射光以及向上的各阶散射光的I、Q、U分量随太阳天顶角的增大而增大。在高能见度天气条件下，各阶散射光的I、Q、U分量变化趋势比较一致，均随天顶角的增大而增大，偏振度也是如此。实际天气条件下的气溶胶散射偏振特性对气溶胶散射偏振特性遥感、气溶胶微物理特性反演具有重要意义。
大气光学 能见度 气溶胶 多次散射 偏振 逐次阶散射法 激光与光电子学进展
2023, 60(21): 2101001
国防科技大学信息通信学院，湖北 武汉 430030
脉冲位置调制具有高能效比的特点，对于抵抗自由空间信道干扰具有良好效果，而基于脉冲编码调制的联合检测量子增强接收机能够突破标准量子极限，进一步降低其误码率并逼近Helstrom极限。研究了影响单脉冲位置调制联合检测量子增强接收机的实际因素，分析了干涉度、暗计数和探测效率对单脉冲位置调制联合检测量子增强接收机误码率的影响，为实际量子增强接收机的参数选择提供了理论参考。仿真结果表明：随着平均光子数的增加，非理想的干涉度会使误码率先减后增，其极小值点大小与干涉度呈正相关；暗计数的存在会使误码率最终收敛于一个定值，该定值是暗计数的单调减函数；非理想的探测效率使得误码率呈指数级递减，且递减速率随探测效率的提升而增大。
量子光学 单脉冲位置调制 联合检测 量子增强接收机 干涉度 暗计数 探测效率 中国激光
2023, 50(13): 1312001
1 中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室，天津 300300
2 中国民航大学电子信息与自动化学院，天津 300300
从能见度定义出发，提出采用SBDART辐射传输模式结合CALIPSO卫星数据求解辐射传输方程，对华北地区斜程能见度进行了详细的仿真与分析。首先，使用SBDART模式结合CALIPSO卫星数据获取实际条件下天空背景辐射亮度。然后，根据斜程能见度探测原理，得到斜程能见度所处区间，进而采用-二流近似估计区间内部辐射亮度分布，从而反演得到精确的斜程能见度。结果表明，采用CALIPSO卫星数据结合SBDART模式模拟大气辐射传输过程，计算结果与MERRA-2辐射数据变化趋势一致，相关系数达到0.949；使用-二流近似能更加高效地模拟辐射传输过程，且提出方法结果与SBDART模式保持较好的一致性，两者相对误差在14.3%以内；当斜程能见度小于1 km时，使用提出方法反演斜程能见度同经验公式相比误差约为7.1%，且适用于15°以外以及向上观测的斜程能见度探测。
大气光学 斜程能见度 SBDART δ-二流近似 CALIPSO 光学学报
2023, 43(12): 1201004
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所基础科学研究中心, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室,安徽 合肥 230031
4 皖西学院电气与光电工程学院, 安徽 六安 237012
5 安徽建筑大学电子信息工程学院, 安徽 合肥 230601
为丰富整层大气气溶胶光学厚度测量手段，提出了一种综合微脉冲激光雷达与地面能见度测量数据的探测方法。该方法首先利用激光雷达数据反演得到气溶胶垂直消光系数廓线，据此计算出气溶胶标高；再利用能见度和消光系数的关系得到近地面水平方向的消光系数；最后，将近地面消光系数和标高结合，从而得到整层大气气溶胶光学厚度。将该方法应用于合肥地区，成功得到该地区整层大气气溶胶光学厚度的昼夜变化趋势，验证了该方法的可适应性。
气溶胶光学厚度 气溶胶标高 激光雷达 能见度 aerosol optical depth aerosol scale height lidar visibility
