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激光遥感斜程能见度探测技术研究进展

光学学报 2024年

作者：王玉峰华灯鑫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

斜程能见度作为近年备受关注的大气光学与气象参量，在航空、航天、军事等领域展示出重要的科学研究意义和应用价值。激光雷达是实现大气气溶胶光学参量和微物理参量探测的重要科学仪器，具有较好的无需反射目标的斜程能见度测量潜力与... 详细信息

斜程能见度作为近年备受关注的大气光学与气象参量，在航空、航天、军事等领域展示出重要的科学研究意义和应用价值。激光雷达是实现大气气溶胶光学参量和微物理参量探测的重要科学仪器，具有较好的无需反射目标的斜程能见度测量潜力与优势。相对于水平能见度的测量，大气散射辐射亮度的分布对斜程能见度的精确测量影响较大，如何获得实际大气散射辐射亮度的路径观测是实现斜程能见度准确测量的关键。本文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，解决制约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未来全球斜程能见度测量中的应用潜力。

关键词：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

底层大气探测激光雷达国内研究现状与进展(特邀)

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红外与激光工程 2021年第3期50卷 9-18页

作者：狄慧鸽华灯鑫西安理工大学机械与精密仪器工程学院

激光雷达是一种主动遥感探测仪器,具有大探测范围、高时空分辨率与高精度的特点,在大气环境参数(气溶胶、CO2及臭氧等)及气象参数(温度、水汽、压力及风速风向等)探测方面获得了广泛的应用。随着近些年民众对雾霾类大气现象及气候变化... 详细信息

激光雷达是一种主动遥感探测仪器,具有大探测范围、高时空分辨率与高精度的特点,在大气环境参数(气溶胶、CO2及臭氧等)及气象参数(温度、水汽、压力及风速风向等)探测方面获得了广泛的应用。随着近些年民众对雾霾类大气现象及气候变化的广泛关注,国家环境治理与气象预报部门以及行业企业等对大气观测技术的迫切需求,大气探测激光雷达在国内得到了快速的发展,并且取得了较好的研究成果。文中总结介绍了近些年国内大气探测激光雷达的研究进展与发展现状。根据探测对象的不同,激光雷达有米散射激光雷达、拉曼探测激光雷达、高光谱分辨探测激光雷达和差分吸收探测激光雷达等,文章较全面地介绍了目前比较常见的激光雷达在大气探测应用中的优缺点及其在不同探测对象中的应用,最后对激光雷达面临的技术瓶颈进行了总结与探讨,并对激光雷达的发展趋势进行了展望。

关键词：激光雷达大气气溶胶气象参数

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非同轴激光雷达重叠因子的自校正系统设计

仪器仪表学报 2023年第7期44卷 315-324页

作者：闫庆高丰佳徐鑫鑫高飞华灯鑫西安理工大学机械与精密仪器工程学院西安710048 陕西省机械制造装备重点实验室西安710048 教育部数控机床及机械制造装备集成重点实验室西安710048

受振动,温度,预紧力变化等外部环境因素影响,激光雷达系统的激光发射光轴和望远镜接收光轴会发生变化,导致激光雷达系统的重叠因子发生变化,进而影响激光雷达系统的远场探测精度与探测稳定性。针对非同轴激光雷达提出开展重叠因子自校... 详细信息

受振动,温度,预紧力变化等外部环境因素影响,激光雷达系统的激光发射光轴和望远镜接收光轴会发生变化,导致激光雷达系统的重叠因子发生变化,进而影响激光雷达系统的远场探测精度与探测稳定性。针对非同轴激光雷达提出开展重叠因子自校正的软硬件系统设计,采用二相电机驱动,具有自锁功能的蜗轮蜗杆发射光轴较正平台设计并搭建了激光发射光轴倾角调节系统,并以激光回波信号强度为校正判据寻找非同轴激光雷达系统收发光轴的最佳匹配位置。自校正过程采用粗扫描和细扫描相结合的方式,以实现校正精度和校正效率的综合考量,其中粗扫描采用环形扫时序,可在961 s内将激光发射光轴锁定在0.4 mrad×0.4 mrad倾角范围内;细扫描采用S形时序,可在441 s内实现激光发射光轴0.02 mrad的倾角调节精度。自校正前后的大气回波距离平方修正信号表明,设计的自校正系统能够实现非同轴激光雷达系统重叠因子的有效校正,并提升系统探测性能,为全天时,无人值守的激光雷达大气探测提供支持。

关键词：非同轴激光雷达重叠因子自校正回波信号强度法粗细结合的扫描时序

激光遥感斜程能见度探测技术研究进展（特邀）

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光学学报 2024年第6期 9-19页

作者：王玉峰华灯鑫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

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... 详细信息

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。

关键词：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

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“激光雷达”专栏序言

红外与激光工程 2021年第3期50卷 I0002-I0003页

作者：华灯鑫狄慧鸽西安理工大学

随着激光技术和光电探测技术的发展,激光遥感技术也得到迅速发展和广泛应用。相比其他遥感设备,激光雷达具有探测精度高,时空分辨率高的优势,在大气环境、气候、气象研究领域方面受到广大科研:工作者的关注。激光雷达的探测空间从近地... 详细信息

随着激光技术和光电探测技术的发展,激光遥感技术也得到迅速发展和广泛应用。相比其他遥感设备,激光雷达具有探测精度高,时空分辨率高的优势,在大气环境、气候、气象研究领域方面受到广大科研:工作者的关注。激光雷达的探测空间从近地表的对流层、平流层一直到中间层(0~120 km);探测对象从气溶胶、云、污染气体、湍流、大气温湿度及风场等各种大气参量。近些年,单光子探测技术、量子雷达等新技术不断涌现,并成功应用于激光雷达探测,进一步拓宽和扩展了激光雷达的探测能力。

关键词：激光雷达光电探测技术单光子探测激光技术量子雷达气象研究探测对象遥感设备

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云探测中的激光雷达技术研究进展

光学学报 2022年第6期42卷 18-28页

作者：狄慧鸽华灯鑫西安理工大学机械与精密仪器工程学院陕西西安710048

云宏微观参数的探测对云物理和气候变化研究具有重要意义。激光雷达是实现云宏微观参数高时空分辨率探测的有效的重要科学仪器。回顾和总结了激光雷达在云参数探测中的主要技术及其研究进展,讨论了激光雷达在云探测研究中的不足和局限... 详细信息

云宏微观参数的探测对云物理和气候变化研究具有重要意义。激光雷达是实现云宏微观参数高时空分辨率探测的有效的重要科学仪器。回顾和总结了激光雷达在云参数探测中的主要技术及其研究进展,讨论了激光雷达在云探测研究中的不足和局限性及目前在云探测应用中亟待解决的关键问题,展望了激光雷达未来在云探测中的应用潜力,并提出了研究思路与方案。内容涉及云检测和云相态识别的多波长及偏振激光雷达和云内温度、湿度、风速风向与垂直气流探测等激光雷达技术与方法,分析讨论了云系降水潜力探测的激光雷达应用案例。激光雷达对于探测初生云团及稀薄云层具有较好的穿透性及精细探测优势,但对于强对流云等厚云层,需将其与其他探测手段如微波雷达等联合观测,并开展多源数据融合技术研究,以实现云全生命周期的精细化监测。随着激光与光电子技术和大数据及人工智能技术的发展,激光雷达技术日趋成熟,面向业务化应用所需的系统稳定性、可靠性及探测能力的激光雷达产品将越来越受到气象与环境领域行业专家的关注,并将在云探测领域中发挥越来越重要的作用。

关键词：大气光学激光雷达云宏微观参数云相态综合观测

荧光激光雷达技术探测水面油污染系统仿真研究

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物理学报 2016年第7期65卷 80-86页

作者：景敏华灯鑫乐静西安理工大学机械与精密仪器工程学院西安710048 陕西理工学院机械工程学院汉中723000

为实现对水面油污染的探测,根据荧光激光雷达系统的发展趋势,采用激光诱导荧光技术,建立了适用于水面油污染探测荧光激光雷达的系统模型.提出采用单激光器结合增强电荷耦合器件的小型荧光激光雷达探测系统,通过分析激光器单脉冲能量与... 详细信息

为实现对水面油污染的探测,根据荧光激光雷达系统的发展趋势,采用激光诱导荧光技术,建立了适用于水面油污染探测荧光激光雷达的系统模型.提出采用单激光器结合增强电荷耦合器件的小型荧光激光雷达探测系统,通过分析激光器单脉冲能量与探测浓度之间的关系,结合荧光激光雷达系统参数,对系统模型的探测能力与信噪比等进行了数值仿真.结果表明,系统选用单脉冲能量50μJ的355 nm Nd:YAG激光器作为激发光源,白天在7 m的距离处探测信噪比可以达到10,满足实验室搭建模拟系统的要求.针对实际探测水面油污染,提出采用增大激光器功率的方法,并通过模拟计算验证了采用50 m J的单脉冲能量激光器在230 m的探测距离处可得到与实验室相同的结果,对实际系统的搭建具有指导意义.

关键词：激光诱导荧光荧光激光雷达水面油污染信噪比

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多载荷历程作用下螺栓结合部特性实验及分析

机械科学与技术 2023年第8期42卷 1207-1212页

作者：卢世坤华灯鑫李鹏阳西安理工大学机械与精密仪器学院西安710048

以往对结合部刚度特性的研究多着重于不同粗糙度结合部的横向对比,较少或忽视了同一结合部在载荷作用下多次循环历程加载时加载前后刚度特性的纵向对比,以及忽视多次循环历程加载时加载前后表面部分微凸体高度变化的纵向对比。实际上,... 详细信息

以往对结合部刚度特性的研究多着重于不同粗糙度结合部的横向对比,较少或忽视了同一结合部在载荷作用下多次循环历程加载时加载前后刚度特性的纵向对比,以及忽视多次循环历程加载时加载前后表面部分微凸体高度变化的纵向对比。实际上,不论刚度特性还是界面部分微凸体,在多次载荷历程作用下都会变化,这就使预测设备的动静态性能复杂化。针对这一问题,本文基于实验研究了粗糙表面单元螺栓结合部刚度特性在循环载荷历程作用下的变化规律,为量化研究和更好的应用这一规律,对本文各载荷历程曲线进行了数值拟合。纵向比较研究发现:单元结合部刚度特性随载荷作用历程循环次数的变化而变化,即:随着载荷历程作用次数的增加,单元螺栓结合部变形减小,结合部刚度增加。为进一步了解刚度特性变化的机理,还对结合部接触表面进行了载荷作用后的显微镜观察,发现结合部螺栓孔附近的表面部分微凸体高度在螺栓多次循环预紧力作用下有不同程度的塑性变形。

关键词：螺栓粗糙度结合部弹塑性变形

基于拉曼-布里渊散射的海水盐度精细探测遥感方法

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物理学报 2021年第22期70卷 351-359页

作者：鲍冬华灯鑫齐豪王骏西安理工大学机械与精密仪器工程学院西安710048

盐度是海洋学中重要的物理参量之一,其对生物学研究、气候模拟、天气预报以及飓风路径预测都具有极其重要的意义.在基于拉曼光谱的海洋盐度遥感探测中,由于拉曼光谱同时与盐度及海水温度相关,因此反演盐度时,需要参数假设,从而降低探测... 详细信息

盐度是海洋学中重要的物理参量之一,其对生物学研究、气候模拟、天气预报以及飓风路径预测都具有极其重要的意义.在基于拉曼光谱的海洋盐度遥感探测中,由于拉曼光谱同时与盐度及海水温度相关,因此反演盐度时,需要参数假设,从而降低探测精度.为实现对盐度的高精度遥感探测,本文提出了融合水体布里渊散射与拉曼散射光谱的盐度精细反演方法.文中根据拉曼光谱的低频部分与高频部分的面积比值与水体温度和盐度有定量的关系,利用最小二乘方法,建立拉曼光谱与温度和盐度的二元函数方程.由于布里渊频移量的大小与介质中的声速相关,而声速变化是由温度和盐度的变化引起,因此布里渊频移量的大小也同时与盐度及海水温度相关.激光雷达遥感探测方法可以同时探测拉曼光谱和布里渊频移这两个参量,因此利用拉曼光谱和布里渊频移与盐度和温度之间的关系,建立了盐度高精度反演模型,并分析了探测结果的误差,得到盐度的反演误差小于0.47‰.

关键词：海水盐度拉曼散射布里渊散射激光雷达