車載二氧化硫差分吸收激光雷達(dá)系統(tǒng)研制及實驗研究.pdf

1、大氣中的二氧化硫濃度是衡量大氣污染的重要指標(biāo)之一，對其進(jìn)行高精度高時空分辨率的探測十分必要，激光雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展為污染氣體的探測提供了有效的手段。在中國科學(xué)院大氣物理研究所呂達(dá)仁院士領(lǐng)導(dǎo)的APSOS(Atmospheric Profiling Synthetic Observation System，多波段多大氣成分主被動綜合探測系統(tǒng)）的支持下，研制了車載二氧化硫差分吸收激光雷達(dá)系統(tǒng)。利用該雷達(dá)系統(tǒng)獲得了近地面(0.3-3.0km)的二氧

2、化硫的分布，探測結(jié)果與地面氣象部門的測量儀器具有可比性，積分時間為30分鐘，空間分辨率為15米時，探測精度可達(dá)±2ppb。本文可以分為三個部分，主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)第一部分是文獻(xiàn)綜述部分，主要包括第1～2章。以博士課題為主線，閱讀了大量國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)。首先概述了大氣中二氧化硫的理化性質(zhì)、危害以及來源分布，介紹了常見的檢測二氧化硫氣體濃度的方法，說明開展此課題的必要性。其次，介紹了激光大氣探測的物理基礎(chǔ)和常見的激光雷達(dá)類型

3、、應(yīng)用以及發(fā)展動態(tài)。以上工作為車載二氧化硫差分吸收激光雷達(dá)系統(tǒng)研制做了基礎(chǔ)知識鋪墊。
　　(2)第二部分是介紹車載二氧化硫差分吸收激光雷達(dá)系統(tǒng)的詳細(xì)研制工作，主要包括第3～7章，此部分也是本人在博士期間所做工作的主要部分。首先介紹該系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)，然后結(jié)合激光雷達(dá)相關(guān)知識，對該系統(tǒng)進(jìn)行了整體設(shè)計。其次詳細(xì)介紹了該車載激光雷達(dá)系統(tǒng)的各個分系統(tǒng):利用兩臺高能量固體激光器來泵浦窄線寬的染料激光器，通過BBO倍頻晶體來獲得強(qiáng)吸收波長λon

4、=300.05nm和弱吸收波長λoff=301.50nm。兩束激光經(jīng)過偏振合束棱鏡的合束以及以及12倍擴(kuò)束鏡的擴(kuò)束，與望遠(yuǎn)鏡同軸準(zhǔn)直發(fā)射到大氣中。后向散射回波信號被350mm的近牛頓式望遠(yuǎn)鏡接收，然后通過傳導(dǎo)光纖進(jìn)入后繼光路，經(jīng)過后繼光路衰減、濾光后，最終用來反演二氧化硫分布廓線。最后又詳細(xì)介紹了用于承載整個雷達(dá)系統(tǒng)的車載方艙，并對其振動模態(tài)和穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。
　　(3)第三部分為該激光雷達(dá)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理及分析結(jié)果，主要包括第8～

5、9章。車載二氧化硫差分吸收激光雷達(dá)系統(tǒng)的研制工作結(jié)束后，進(jìn)行了大量的外場試驗，并得到大量有效數(shù)據(jù)，對實驗結(jié)果和整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。第8章主要介紹了激光雷達(dá)系統(tǒng)抗干擾方案、原始數(shù)據(jù)的處理和反演方法、初步探測結(jié)果及誤差分析。第9章首先給出了一些典型探測結(jié)果，例如白天探測結(jié)果、典型污染源的探測與鎖定;基于前期探測數(shù)據(jù)還分析了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、積分時間和探測精度;隨后給出了三波長雙差分吸收激光雷達(dá)的初步探測結(jié)果以及西藏羊八井地區(qū)的探測數(shù)據(jù)。