激光雷達(dá)回波信號仿真模擬(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，由此可以模擬出回波信號模型。第四節(jié) 影響回波信號的背景噪聲分析 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，天空和地面對太陽光的散射產(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，可能會產(chǎn)生不同類型的散射，也可能會誘發(fā)熒光，對于以熒光信號為基礎(chǔ)的激光雷達(dá)，各種類型的散射信號就會成為噪聲，同理，對于以散射信號為基礎(chǔ)的激光雷達(dá)，就會受到熒光信號的干擾。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隨著有用信號進(jìn)入到我們的信號探測器，形成噪聲；另一方面，如果雷達(dá)設(shè)計的不夠仔細(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激光雷達(dá)回波信號的影響。第三章 激光雷達(dá)回波信號仿真模擬第一節(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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