激光雷達(dá)回波信號(hào)仿真模擬(參考版)
2025-05-19 06:27本頁面
【正文】 第二步，用矩陣運(yùn)算或for循環(huán)，通過不同距離r(i)處的溫度T(i)、壓強(qiáng)p(i)，計(jì)算出(i)和(i)；第三步，對(duì)(i)積分，因?yàn)槭请x散數(shù)據(jù)，所以相加即可。綜上所述，我們可以得到激光雷達(dá)接收到的從距離r處返回的散射光信號(hào)的強(qiáng)度，也就是回波曲線。用到的公式、參數(shù)等如下：激光雷達(dá)方程：；大氣分子散射系數(shù)：，其中，T（K）和p（Pa）可查閱Standard Atmosphere Calculator，=，=532nm，大氣分子消光系數(shù)：；雙程大氣透過率：；激光雷達(dá)回波信號(hào)的我們可以通過如下方法得到：對(duì)于給定的波長λ=532nm，在特定的高度r上，溫度T和壓強(qiáng)p我們可以由標(biāo)準(zhǔn)大氣參數(shù)得知，和可由上文中的公式計(jì)算得出，積分得到不同高度處的T2；如上面的激光雷達(dá)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的表格，查知，Telescope aperture= 28 cm，計(jì)算出望遠(yuǎn)鏡的接收面積A；(Range resolution of the photon counter)；光學(xué)效率為表中Transmitting Efficiency、Interference filter peak transmission、Receiving Efficiency、PMT quantum efficiency各項(xiàng)的乘積。在以氣溶膠散射為主的低層大氣，通常采用較長的激光波長（如1064nm），而在探測(cè)大氣分子為主的散射時(shí)，則采用較短的激光波長（如532nm）。由于氣溶膠主要分布在大氣底層，因此我們?cè)谔綔y(cè)主要以分子散射為主的高層大氣時(shí)，只考慮大氣分子的散射和消光。與大氣分子相比，氣溶膠粒子的粒徑和質(zhì)量比較大，熱運(yùn)動(dòng)速度較小，因此，它的光譜展寬很小。 大氣氣溶膠的散射和消光特性氣溶膠粒子是懸浮在大氣中的各種固體微粒和液體微小顆粒的總稱，其具有分布不均勻、變化尺度小、復(fù)雜等特點(diǎn)，絕大多數(shù)集中在大氣的底層。 雙程大氣透過率 大氣透過率是由分子消光系數(shù)和氣溶膠的消光系數(shù)共同決定的，雙程大氣透過率我們可以用下式表示： 其中，是分子和氣溶膠的總消光系數(shù)，r是激光雷達(dá)的探測(cè)距離。大氣消光與大氣的成分、輻射的波長以及輻射穿過大氣的厚度有關(guān)。 大氣分子的消光系數(shù)什么是消光？光在大氣中傳播時(shí)，由于大氣的吸收和散射作用，光強(qiáng)會(huì)產(chǎn)生衰減，這種強(qiáng)度減弱或者顏色變化的現(xiàn)象就是大氣消光。綜上所述，我們可以很容易的算出大氣分子的散射系數(shù)。是當(dāng)大氣溫度為296K、壓強(qiáng)為Pa時(shí)的大氣密度的參考值，我們?nèi)?。其中，是大氣分子的后向散射系數(shù)（），其定義是單位體積、單位立體角的大氣分子后向散射截面，是單位體積的大氣分子個(gè)數(shù)（），是單個(gè)大氣分子的后向散射截面（）。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 SubsystemWavelength532nm
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