激光雷達(dá)回波信號(hào)仿真模擬(編輯修改稿)
2025-06-12 06:27 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 射系數(shù)和消光系數(shù)，而氣溶膠的散射和消光可以忽略不計(jì)，由此可以模擬出回波信號(hào)模型。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。其中，自然噪聲主要是由日光、月光引起的噪聲。激光雷達(dá)在白天工作時(shí)，天空和地面對(duì)太陽光的散射產(chǎn)生的噪聲往往成為起決定作用的噪聲。太陽的輻射譜已經(jīng)被廣泛的研究過，并且在很多文獻(xiàn)中有過詳細(xì)的說明。能見度很好的條件下，海平面測得的典型背景譜輻射的散射成分。在白天晴朗的天空，太陽輻射引起的散射分配到單位立體角、單位波長間隔的功率密度在可見光區(qū)域的峰值可以高達(dá)，在波長后面出現(xiàn)的很多凹陷主要是由大氣中的水蒸氣和二氧化碳等對(duì)紅外輻射的吸收所引起的，而在接近及更短范圍內(nèi)的急劇下降則是由于地球表面上空臭氧層吸收紫外輻射的結(jié)果。下圖是太陽輻射光譜，顯示了太陽的輻射能力隨波長的變化情況： 激光后向散射的干擾激光到達(dá)作用目標(biāo)后，可能會(huì)產(chǎn)生不同類型的散射，也可能會(huì)誘發(fā)熒光，對(duì)于以熒光信號(hào)為基礎(chǔ)的激光雷達(dá)，各種類型的散射信號(hào)就會(huì)成為噪聲，同理，對(duì)于以散射信號(hào)為基礎(chǔ)的激光雷達(dá)，就會(huì)受到熒光信號(hào)的干擾。因此，無論是激光熒光雷達(dá)還是激光散射雷達(dá)，其靈敏度都可能會(huì)受到激光后向彈性散射的干擾。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)，那么短波長激光的近場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，或者是引起探測器的飽和。關(guān)于激光雷達(dá)的降噪處理我們在另外一篇論文《激光雷達(dá)回波信號(hào)的降噪處理》中詳細(xì)討論。在本文，我們主要考慮大氣分子的散射和消光作用對(duì)激光雷達(dá)回波信號(hào)的影響。第三章 激光雷達(dá)回波信號(hào)仿真模擬第一節(jié) 直接探測多普勒激光雷達(dá)系統(tǒng)在本論文的研究過程中，筆者使用的是直接探測多普勒激光雷達(dá)系統(tǒng)，這也是我們在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常使用的測風(fēng)激光雷系統(tǒng)。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的目標(biāo)區(qū)域；大氣中的回波信號(hào)經(jīng)過掃描單元和望遠(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)過數(shù)據(jù)處理后可以得到我們所需要的信息。下表是筆者使用的激光雷達(dá)系統(tǒng)的一些主要參數(shù) measurements with incoherent Doppler lidar based on iodine filter at night and day. Applied ：Transmitting SubsystemReceiving SubsystemWavelength532nmTelescope aperture28cmRepetition rate10HzField of view200mPulse energy80mJFiber diameter100mPulse width(
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