激光雷達(dá)回波信號(hào)仿真模擬-預(yù)覽頁(yè)
【正文】 生一束特定功率的激光束，經(jīng)過(guò)大氣傳播輻射后到達(dá)目標(biāo)，目標(biāo)反射回來(lái)的回波經(jīng)過(guò)接收系統(tǒng)接收后進(jìn)入信號(hào)處理系統(tǒng)，我們將采集卡上獲取的信息錄入計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后提取到我們所需要的有用信息，最后經(jīng)過(guò)程序分析后我們可以得到精確的大氣目標(biāo)信息。60年代后期和70年代初期，研制的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向單脈沖激光雷達(dá)。從此，激光雷達(dá)的發(fā)展進(jìn)入了實(shí)用化、商品化的新階段，其關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，展示了其在軍事上和國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的廣泛應(yīng)用前景。1965年中科院大氣物理所研制了我國(guó)第一臺(tái)用于探測(cè)大氣氣溶膠的激光雷達(dá)，該系統(tǒng)采用紅寶石激光器作為激光發(fā)射單元，并且能夠用于水汽、云以及大氣臭氧方面的探測(cè)。2007年，中國(guó)海洋大學(xué)成功研制了我國(guó)第一臺(tái)車載Doppler激光雷達(dá)系統(tǒng)，采用高重復(fù)頻率半導(dǎo)體泵浦激光器和碘分子激光器，該系統(tǒng)能夠進(jìn)行從地面到上空10Km范圍內(nèi)的風(fēng)廓線、徑向風(fēng)速掃描測(cè)量等。第四節(jié) 影響回波信號(hào)的背景噪聲分析 激光雷達(dá)本身的背景噪聲激光雷達(dá)本身的背景噪聲可以分為兩種，即自然噪聲和由激光引起的噪聲。能見(jiàn)度很好的條件下，海平面測(cè)得的典型背景譜輻射的散射成分。因此，一方面，如果發(fā)射譜選用不當(dāng)，一部分后向散射返回激光就會(huì)隨著有用信號(hào)進(jìn)入到我們的信號(hào)探測(cè)器，形成噪聲；另一方面，如果雷達(dá)設(shè)計(jì)的不夠仔細(xì)，那么短波長(zhǎng)激光的近場(chǎng)后向散射就有可能在譜分析儀前的某些光學(xué)元件中誘發(fā)熒光，或者是引起探測(cè)器的飽和。下圖是此激光雷達(dá)系統(tǒng)的接收系統(tǒng)示意圖 張海濱、尹光、【J】 《科技信息》2009年第11期：如上圖所示，激光源發(fā)射的激光束經(jīng)過(guò)擴(kuò)束后，進(jìn)入光學(xué)望遠(yuǎn)鏡及二維掃描單元指向大氣探測(cè)的目標(biāo)區(qū)域；大氣中的回波信號(hào)經(jīng)過(guò)掃描單元和望遠(yuǎn)鏡接收系統(tǒng)進(jìn)入準(zhǔn)直鏡后成為平行光，然后經(jīng)過(guò)濾光片后濾除掉背景光后進(jìn)入我們的信號(hào)處理系統(tǒng)中；最后經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后可以得到我們所需要的信息。單位體積內(nèi)的大氣分子個(gè)數(shù)與大氣壓強(qiáng)和大氣溫度有關(guān)，如下式所表述：其中，T是大氣溫度（K），p是大氣壓強(qiáng)（Pa）。下面我們探析大氣分子的消光系數(shù)。根據(jù)Rayleigh散射理論 R. Miles, W. Lempert, and J. Forkey. Laser Rayleigh scattering. Meas. Sci. Technol., 2001, 12: 33~51，大氣中的消光系數(shù)與散射系數(shù)成正比：其中，是分子的各向異性的系數(shù)，當(dāng)激光波長(zhǎng)=532nm時(shí)，=。大奇氣溶膠的物理特性主要集中在它的濃度和粒子譜分布兩個(gè)方面，單位體積空氣中所含有的一定尺度范圍內(nèi)的粒子的個(gè)數(shù)、表面積、體積以及質(zhì)量，分別稱之為大氣氣溶膠的粒子數(shù)濃度、表面積濃度、體積濃度和質(zhì)量濃度。在實(shí)際操作中，對(duì)于雷達(dá)參數(shù)的選擇，通過(guò)改變激光波長(zhǎng)，進(jìn)而可以有針對(duì)性的探測(cè)窄線寬的氣溶膠散射或者線寬較寬的分子散射。得到以上參數(shù)后，我們令探測(cè)時(shí)間為1分鐘，那么，初始能量=80mJ*10Hz*60s。積分得到各個(gè)高度對(duì)應(yīng)的T2第四步，將所有參數(shù)帶入E(r)的公式，用矩陣運(yùn)算或for循環(huán)依次計(jì)算各個(gè)高度r(i)處的E(r)；第五步，畫(huà)圖得到結(jié)果：plot(r, E)；我們得到的回波曲線圖形如下：
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