一、高光谱分辨率激光雷达同时测量大气风和气溶胶光学性质的模拟研究（论文文献综述）
庞景哲[1]（2021）在《偏振分光高光谱分辨率激光雷达全天时大气温度探测方法研究》文中研究指明大气温度是描述大气状态变化的基本物理量之一,它对于观察全球气候变暖、城市热岛现象和颗粒物吸湿增长特性等都有着重要参考意义。作为一种主动遥感探测方式,高光谱分辨率激光雷达具有时空分辨率高和易实现全天时观测的特点,因此被认为是精确连续探测大气参量的重要手段,它可为大气温度的连续观测、云的形成和降水、大气污染物的扩散机理及其他边界层大气现象研究提供有力的参考。本文针对高光谱分辨率激光雷达探测大气温度的方法展开研究。为了利用低脉冲能量和小口径望远镜实现全天时高信噪比的大气温度探测,论文提出了一种高光谱分辨率激光雷达偏振分光系统。高光谱分辨率激光雷达偏振分光系统使用三个法布里-珀罗标准具作为滤波器,通过探测透射过滤波器的信号强度变化量来反演大气温度。与传统高光谱分辨率激光雷达分光系统将回波信号的强度分割后进入不同滤波器通道的方法相比,该系统通过结合运用光的偏振特性与法布里-珀罗标准具的透射和反射光谱实现充分利用回波信号强度,即回波信号在入射到各滤波器通道时光强度未损失。通过使用偏振光学器件抑制太阳背景光和Mie散射信号提升了高光谱分辨率激光雷达的信噪比和全天时探测能力,利用Stokes矢量和Mueller矩阵计算分析了高光谱分辨率激光雷达偏振分光系统的探测性能,然后分析了滤波器的频谱位置对系统探测性能的影响,搭建了高光谱分辨率激光雷达偏振分光系统,对分光系统的入射角、发散角和滤波器带宽进行调节优化,最后标定了三个法布里-珀罗标准具透射光谱中心频率的偏移量。通过信噪比仿真计算评估了偏振分光系统探测性能。在相同的系统参数条件下与传统高光谱分辨率激光雷达系统进行了对比,仿真结果表明,系统在白天的有效探测高度为3km（SNR=100）,探测高度提升2.5倍;在夜间的有效探测高度为4.5km（SNR=100）,探测高度提升2倍。最后,对西安局部地区的大气温度开展了观测试验,利用50mJ激光能量和250mm的望远镜实现了在白天和夜间的有效探测高度分别为2.5km和4km的大气温度廓线探测。结果表明,高光谱分辨率激光雷达偏振分光系统探测结果与无线电探空仪的数据显示出了良好的一致性。最终,偏振分光高光谱分辨率激光雷达利用低脉冲能量和小口径望远镜实现了全天时高信噪比的大气温度探测。
陈婷[2]（2021）在《多纵模高光谱分辨率激光雷达数据反演及实验研究》文中认为气溶胶对大气物埋研究和气候变化的影响十分盟要9它与人类的生产活动息息相关。大气气溶胶的光学特性是大气状态的重要参数,对气溶胶光学特性的探测有助于人类了解云和大气的动态进程9为天气预报和全球气候变化的分析提供了重要思路。高光谱分辨率激光雷达通过光谱鉴别器分离气溶胶米散射和大气分子瑞利散射信号,实现气溶胶光学特性的精细探测。而多纵模高光谱分辨率激光雷达利用具有周期性透过率函数的马赫一泽德干涉仪分离多纵模激光激励的气溶胶米散射和大气分子瑞利散射信号,从而建立米散射通道和瑞利散射通道的双激光雷达方程组,为精确反演气溶胶光学参量提供技术支撑。课题组在前期完成了多纵模高光谱分辨率激光雷达的理论研究基础,并搭建了大光程差的马赫一泽德干涉仪系统,本论文主要开展气溶胶光学参量的数据反演算法和实验验证研究,以期形成完整的多纵模高光谱分辨率激光雷达精细探测气溶胶光学参量的理论和技术。论文提出了基于复相干度的多纵模高光谱分辨率激光雷达的气溶胶后向散射系数、光学厚度及消光系数的反演新算法和误差分析模型。仿真结果表明,基于复相干度的反演算法计算结果与原始数据契合度高,反演算法正确可靠;反演结果误差主要来源于激光雷达系统常数和气溶胶光谱信号的复相干度。气溶胶层或云层会较大程度地降低气溶胶后向散射系数和光学厚度的反演精度,气溶胶后向散射系数的误差可以忽略不计,同时当相对误差J控制在20%以内时,光学厚度的误差大多数可以控制在0。4以内。论文构建了多纵模高光谱分辨率激光雷达实验系统,开展了实验观测研究。激光雷达系统常数和复相干度的仿真和实验评估为多纵模高光谱分辨率激光雷达的数据反演不确定度分析提供数据支持。结果表明,晴天条件下实测数据的系统常数估算为（2。46±0。02）×1010,复相干度的不确定度为±0.0347。实验观测结果表明,天气晴朗条件下多纵模高光谱分辨率激光雷达可实现3km以下气溶胶后向散射系数、光学厚度和消光系数廓线的反演,而在阴天或多云天气条件下,由于马赫一泽德干涉仪对较强米散射信号的抑制率不够,仅能实现云下数据的精确反演。连续观测实验结果表明多纵模高光谱分辨率激光雷达系统具备对大气气溶胶进行长期观测研究的能力。
徐鑫鑫[3]（2021）在《激光雷达几何重叠因子自校正技术研究》文中认为激光雷达是一种主动式光学遥感技术,近年来在大气遥感、气候和环境监测领域取得了广泛的应用。米散射激光雷达、偏振激光雷达、拉曼散射激光雷达、差分吸收激光雷达、高光谱分辨率激光雷达、瑞利散射激光雷达、共振荧光激光雷达以及多普勒激光雷达是大气探测激光雷达的主要形式,在大气温度、湿度、汽溶胶、云、沙尘、霾等气候和环境监测领域中发挥着越来越重要的作用。几何重叠因子是大气探测激光雷达的重要参数指标,严重影响着激光雷达系统的探测性能,其能够表征激光发射子系统和望远镜接收子系统之间的视场匹配情况。当发射、接收子系统之间的光轴处于平行状态时,激光雷达可以获得高性能和高精度的探测结果;当发射、接收子系统之间的光轴处于不平行状态时,激光雷达的探测精度和探测能力受到限制。因此,开展激光雷达几何重叠因子校正技术研究是提升激光雷达探测性能的重要环节。本论文基于非同轴激光雷达系统开展激光雷达几何重叠因子的自校正技术研究,以实现激光雷达系统性能的自校正和自动提升性能。论文首先对非同轴激光雷达几何重叠因子的影响因素进行了分析,分析了激光雷达光束发散角、望远镜接收视场角、发射系统和接收系统的光轴分离距离、发射系统和接收系统的光轴倾角四个系统参数对几何重叠因子的影响情况,尤其是发射系统和接收系统光轴分别处于平行和不平行状态时系统几何重叠因子的分布情况。仿真了几何重叠因子变化对激光雷达系统探测性能的影响。论文在仿真分析的基础上,搭建激光雷达几何重叠因子的自校正硬件系统,并采用回波信号强度法实现对激光雷达系统性能的自动判定,并利用粗扫描和细扫描相结合的方法对发射系统的光轴倾角进行调整。激光雷达几何重叠因子自校正硬件系统除包含激光雷达发射与接收子系统、光电监测与数据采集子系统外,还包括一个二维倾角调节平台以及一个激光强度校正子系统。其中激光强度校正子系统主要消除激光器脉冲抖动所造成的光轴校正判据的误差来源,而二维倾角调节平台采用蜗轮蜗杆进行传动和力矩转换,并由两台二相步进电机在电机驱动控制器SR2的信号驱动控制下进行最小倾角0.0025mrad/step的角度调节。二维倾角调节平台可使得激光发射光轴以粗扫描和细扫描两种时序进行光轴方向调整,其中粗扫描采用环形扫描时序,调节步距角为0.4mrad,细扫描采用S形扫描和折半法扫描两种时序以提高调整速度,调节步距角为0.02 mrad。激光雷达几何重叠因子自校正软件系统分别采用Lab VIEW平台和Quartus Ⅱ平台进行设计,其中Lab VIEW平台主要设计大气回波信号处理软件和光轴倾角调节平台控制软件,以同时实现激光雷达数据的实时采集、显示和存储以及二维倾角调节平台的手动/自动控制;Quartus Ⅱ平台实现激光发射光轴的粗扫描和细扫描的逻辑控制设计。基于大气回波信号强度法,软件分别设计了大气回波信号积分、极限探测距离、信噪比等三种最佳位置判据方法,以实现对激光雷达几何重叠因子的自校正功能。在完成激光雷达几何重叠因子自校正软硬件系统的搭建之后,开展了激光雷达几何重叠因子自校正系统的实验验证。实验结果表明,二维倾角平台的粗扫描可在16min1s内完成,并将最佳校正范围锁定在0.4 mrad×0.4 mrad倾角范围内;细扫描可在7min21s内完成,并实现0.0025 mrad倾角精度的调节。二维倾角平台的蜗轮蜗杆可实现系统自锁,长时间保持激光雷达发射光轴的稳定性,为精确反演大气状态信息提供可靠的系统保障。
朱首正[4]（2021）在《基于机载高光谱分辨率激光雷达的气溶胶观测数据分析及污染过程研究》文中研究表明地气能量收支平衡、地区和全球辐射强迫效应以及气候变化都与大气气溶胶有着紧密的联系。气溶胶的复杂性、多样性及其不同的光学特性也会对环境造成影响。气溶胶污染物会严重影响空气质量以及人们的生活和生命安全,研究气溶胶特性及其传输机制对环境的影响至关重要。激光雷达是探测大气气溶胶的垂直分布特征和精细结构的一种有利手段,在污染过程中的气溶胶垂直分布观测具有不可替代的作用。同时,获取的大气气溶胶后向散射系数和消光系数可以用来分析气溶胶的光学和微物理特性。本文利用研制的一套基于碘分子滤波器的高光谱分辨率激光雷达系统（HSRL,High Spectral Resolution Lidar）开展机载观测气溶胶试验,观测了大范围、短时间的气溶胶层分布变化,并对污染过程中的气溶胶粒子特性和分布特征进行更加准确的观测。机载气溶胶观测结果与地基米散射激光雷达、CALIPSO（Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation）星载激光雷达以及MODIS（Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer）探测的气溶胶数据对比分析结果较为一致,对比以及机载飞行试验结果对此套HSRL系统探测气溶胶的可靠性进行了验证。利用多源数据以及机载观测的气溶胶数据对污染物的形成、传输以及气溶胶粒子的种类和光学特性进行了综合分析,研究了气溶胶粒子的后向散射系数、消光系数、退偏比、激光雷达比、色比的分布变化特征。机载HSRL对试验地区不同污染天城镇、海洋、山地等下垫面对应的粒子特性进行了精细化探测,这也为气溶胶粒子特性研究提供了参考意义。本文研究内容不仅对国内机载HSRL技术的使用及地区气溶胶粒子特性研究具有重要的意义,也对我国正在进行的星载激光雷达研制及发射后的星地对比印证等工作具有重要的研究意义。
沈雪[5]（2021）在《高光谱分辨率激光雷达关键技术及系统实验》文中认为大气气溶胶对地球的环境和气候影响显着,直接或间接地影响着人类的生产生活。开展大气气溶胶特性的高精度探测,不仅对厘清大气污染的成因、演化及传输机制有根本的指导作用,也对系统地研究气候气象有重要的科学意义。高光谱分辨率激光雷达（High-Spectral-Resolution Lidar,HSRL）具有时空分辨率高、理论探测精度准、信噪比强等优点,在气溶胶激光雷达探测领域相比典型的米散射激光雷达和拉曼激光雷达更具优势,也因此成为美国、欧洲、日本和我国竞相研发的星载激光雷达载荷。目前,大气HSRL仍然存在诸多需要攻克的关键技术和难点,围绕的一个核心问题就是“如何使HSRL高精度、稳定地探测大气光学特性”。因此,研制HSRL工程样机,并探索其性能优化方法,进而实现高精度稳定探测大气光学特性的功能,有利于推进未来研制成熟的HSRL仪器并走向广泛应用。本文从建立HSRL仿真模型出发,探究激光雷达探测机理,设计硬件系统参数,探索光谱鉴频器性能优化方法,提出仪器定标方案,开展外场实验观测与结果校验,最终总结出一套针对HSRL系统研制和大气气溶胶观测的全链路解决方案。本文主要研究内容如下:构建了基于蒙特卡罗（Monte Carlo,MC）方法的HSRL多波长多参数分析模型。为实现对HSRL从参数设计到数据反演的全过程验证,提出了激光雷达的系统响应近似模型,明确了系统响应对HSRL参数选择过程的影响,建立了基于MC仿真方法的分析模型。利用该分析模型,重点探讨了光谱鉴频器的鉴频性能及稳定性对反演精度的影响,并分析了通道增益比的波动对反演精度的影响,比较了不同波长下HSRL设计所面临的需求差异,为HSRL的系统参数设计和性能优化提供了重要依据。提出了针对HSRL光谱鉴频器的性能优化方法。鉴于光谱鉴频器的鉴频特性和稳定性能对反演精度的影响巨大,针对视场展宽迈克尔孙干涉仪（Field-Widened Michelson Interferometer,FWMI）和碘分子吸收池两类光谱鉴频器分别提出了气压调谐和碘吸收线选择两种优化设计方法。对于鉴频效果不稳定的干涉仪型光谱鉴频器,提出了利用气压调谐FWMI鉴频位置的方法,研制了 1064 nm气压调谐FWMI光谱鉴频器的原型样机,详细计算了气压调谐结构参数,并通过扫频定标实验与干涉臂长调谐FWMI进行了鉴频性能及稳定性比对,为设计鲁棒的近红外HSRL系统并推广至其他波长铺平了道路。对于在532nm处碘分子吸收池鉴频器具备多条碘吸收线的情况,提出利用带精英决策的快速非支配排序遗传算法直接对多目标规划问题进行求解的方法,比较了不同碘吸收线的鉴频性能优劣,为基于碘分子吸收池鉴频器的HSRL优化设计提供重要指导。提出了 HSRL重叠因子定标方法,完善了 HSRL参数定标和数据质量评估方案。由于激光雷达系统本身的复杂性,目前在激光雷达测量中很难对所有参数进行绝对的定标校准。为获取准确的激光雷达探测结果,本文从重叠因子定标、收发光轴对准、通道增益比评估、瑞利拟合验证、触发延迟校正、背景噪声测试等方面全面阐述了 HSRL的定标校准方法。针对地基激光雷达低空数据极大地受困于重叠因子的问题,本文面向HSRL提出了一种基于迭代优化思想的重叠因子定标方法,将获得结果与双视场HSRL系统探测的重叠因子进行比对,两者的平均相对误差为4.56%,证明可简洁、高效、精确地定标系统重叠因子。探讨了 HSRL探测结果校验方法,并对自研HSRL进行了探测数据定量比对校验。本文报道了研制成功的532 nm单波长HSRL工程样机和532 nm-1064 nm双波长HSRL原理性实验系统。两台系统与星载云和气溶胶偏振激光雷达、原位腔衰荡消光仪、微脉冲激光雷达、拉曼激光雷达以及太阳光度计等测量仪器所测结果进行定量比对,结果十分吻合。多种仪器的相互校验充分证明了自研HSRL具备高精度稳定获取大气光学特性的能力。两台系统先后在杭州、舟山和北京等地进行长时间的外场实验探测,通过对探测过程中的数据案例进行具体分析,初步探索了利用双波长气溶胶光学特性进行气溶胶类型识别的方法和应用。
李红旭[6]（2021）在《基于激光雷达数据的气溶胶特性反演方法研究》文中研究表明气溶胶是大气系统的重要组成部分,虽然在大气中相对含量很少,但对气候环境和大气辐射传输具有重要的影响。相较于被动遥感、卫星等探测手段,地基激光雷达作为一种主动式光学遥感探测工具,具有时空分辨率高、探测距离远、测量精度高等优点,被广泛应用于气溶胶探测。因此,研究基于激光雷达数据精确测量气溶胶相关特性对大气遥感、环境监测等领域具有重要意义。随着工业制造技术的进步,激光雷达系统逐渐成熟,成本得到控制,应用也比较普遍。光学遥感行业对激光雷达的数据处理和反演模型的需求越来越迫切。然而,激光雷达信号中含有大量噪声,研究高效的激光雷达信号去噪方法,从强背景噪声中提取出有用信号,是保障数据精确反演的前提。此外,在使用激光雷达数据进行气溶胶参数反演时,往往需要先验信息的假设或根据经验确定模型参数等人工干预的手段,这容易造成较大的误差,且难以实现自适应、自动化处理。这些局限性主要体现在激光雷达数据的预处理,气溶胶层垂直结构和光学物理等特性的反演中,本文的研究工作将致力于解决这些难题,具体研究内容如下:（1）激光雷达回波信号容易受到噪声污染,特别是在强背景光下,噪声严重影响了激光雷达系统的反演精度和有效探测距离。针对强噪声干扰的问题,提出了基于鲸鱼优化算法和变分模态分解的自适应激光雷达回波信号去噪方法。通过鲸鱼优化算法获得变分模态分解的分解模态数和二次惩罚因子,使得变分模态分解模型能够获得更好的去噪效果。实验结果表明该方法可应用于激光雷达信号的降噪,能有效提高激光雷达信号的信噪比,并将实验所使用的激光雷达系统的有效探测距离从6 km提高至10 km。（2）行星边界层高度是描述气溶胶层垂直结构的主要参数,其估计的准确性对天气和空气质量的预测和研究至关重要的。最常用的边界层高度反演算法是小波协方差变换法,但它存在扩张系数的选定和容易受到云、气溶胶干扰等问题。本文基于鲸鱼优化算法与上限法,提出了改进的小波协方差变换法,无需其他辅助测量设备,仅基于简单的微脉冲激光雷达即可实现行星边界层高度的自动、准确、稳定探测,解决了上述技术难题。（3）气溶胶消光系数是气溶胶光学特性的核心参数,对大气过程的变化有着重要影响。Mie散射激光雷达作为应用最为普遍的激光雷达设备,需要经验假设和复杂的数值运算才能反演出气溶胶消光系数,制约了反演结果的精度。结合Mie散射激光雷达和高光谱分辨率激光雷达的优缺点,提出了一种基于深度信念网络的气溶胶消光系数反演模型,能够有效避免诸多假设带来的不确定性,提高Mie散射激光雷达的探测精度。实验结果表明训练后的深度信念网络模型具有良好的鲁棒性和稳定性,为Mie散射激光雷达反演气溶胶特性参数提供了一种具有竞争力的解决方案。（4）气溶胶的粒子谱分布等微物理特性参数可用于监测气溶胶的演变过程、研究大气气溶胶的时空变化规律。本文通过激光雷达方程、Mie散射原理等理论方法,揭示了气溶胶光学特性和微物理特性之间的关系。针对正则化算法反演气溶胶粒子谱分布存在的问题,通过广义交叉验证法获得正则化参数和最小偏差准则获取气溶胶复折射指数,实现了基于多波长激光雷达数据的气溶胶粒子分布反演。
张秋实[7]（2021）在《机载紫外前视测风激光雷达紫外大气散射及相关技术研究》文中指出作为一种新型大气风场探测技术——紫外激光雷达技术近年来受到广泛关注。与传统红外测风激光雷达技术相比,紫外激光雷达基于空气分子的瑞利散射,在气溶胶稀少环境下可实现近距离风场测量。其具有保密性高,全方位性好、抗干扰能力强等特点,是一种在要求无线电静默条件下进行探测的有效方法。目前的机载紫外测风激光雷达的参数设置主要来自实验环境的具体测试,缺少系统性的理论研究。而现有的紫外激光大气传输模型计算量大,计算精度低,针对具体的应用环境,很难迅速获得仿真回波信号数据。同时,现有的紫外光大气仿真模型缺少对紫外光源的仿真,使得许多研究项目开展时需将大量时间消耗在光源的选择与测试之中,增加的光源的选购成本。另外,现有的紫外激光大气传输模型缺少对恶劣天气的考虑,如大气湍流。大气湍流会干扰紫外激光信号的回波稳定性,影响雷达探测的准确性。针对机载紫外激光雷达大气传输模型建立的迫切需求,对紫外激光大气传输问题进行了系统性研究。提出了基于蒙特卡罗指向概率法的机载紫外激光雷达短距离传输模型。研究了紫外激光雷达系统中各类系统几何参数对回波信号的影响。获得了不同光强分布紫外光源下,回波信号强度与系统几何参数的变化关系。完成了前视测风激光雷达收发链路在湍流环境下的回波信号仿真问题。论文的主要研究内容与贡献如下:1.深入研究紫外激光大气测量技术,对紫外激光雷达信号大气传播的基本原理进行了研究。归纳总结了紫外激光雷达信号大气传输理论及其存在的不足。介绍了紫外激光大气散射理论的研究现状。离散坐标法将辐射传输方程转化为一阶线性微分方程组,针对复杂边界条件进行计算,求解十分困难。有限体积法通过数值积分对辐射传输方程中的散射项进行近似处理,计算量大,模型十分复杂,用时长,对计算机的硬件要求较高,耗内存。传统蒙特卡罗法统计的是接收器实际捕获的光子数,很难快速获得收敛解。本文提出了一种基于蒙特卡罗指向概率法的机载紫外激光雷达大气传输模型。2.针对现有紫外光大气传输模型计算量大,很难快速获得收敛解的问题,利用蒙特卡罗指向概率法,建立了机载紫外激光雷达大气传输模型。针对机载紫外激光雷达大气传输问题,分析了不同收发几何参数（收发间距、收发端不共面偏轴角、收发仰角、光源发散角以及接收端视场角）对紫外激光回波信号的影响。比较了单次散射与多次散射情况下的回波信号差异。紫外光大气回波信号会由于散射发生脉冲展宽,同时回波信号时间延迟增加。在单次或多次散射模型下,收发轴的不共面角、收发仰角、光源发散角和接收器视场角会影响接收光信号的辐照功率密度、脉冲的时间延迟以及脉冲宽度等。由于飞机飞行的抖动,当收发轴不共面角增加时,紫外回波信号功率密度峰值降低、脉冲宽度变窄。具体为收发短距离传输条件下,收发轴不共面角对回波影响明显,而在长距离下影响较弱。多次散射在收发间距短、不共面角大时不能被忽略。最后将仿真结果与经典蒙特卡罗模型进行了比较,结果表明,两模型测量结果吻合,进而说明了建立模型的正确性。在程序运算时间方面,前者可以更加快速地获得收敛解,具有更高的运算效率。3.针对现有紫外光大气传输模型缺少对信号光源光强分布的考虑的不足。采用随机光子的模拟方法,对紫外光源进行了数值建模,结合蒙特卡罗指向概率法,创新性地通过仿真建模研究了光源特性对紫外回波信号的影响。推导了在相同收发端几何参数、不同光源（不同光源种类、不同激光工作模式）的条件下,回波信号的能量利用率随收发间距的变化关系。计算表明,在相同不共面角相同时,具有高斯分布的激光的接收光辐照度比均匀分布光源高一个数量级。当激光光源发散半角越小时,收发系统允许有更大的最大不共面角。从三种光源的单次与多次散射的计算结果可看到,在收发间距小时,多次散射对系统最大不共面角?影响明显。多次散射在光源发散角小的情况下,对系统回波能量贡献小。当光源发散角大时,回波信号中多次散射贡献明显。4.针对现有机载紫外激光雷达大气传输模型缺少对恶劣天气的考虑的不足,本论文研究了机载紫外测风激光雷达收发链路在湍流环境下的传输问题。基于现有共轴紫外传输湍流大气模型,建立了非共轴湍流紫外激光传输模型。计算了湍流环境下非共轴紫外激光回波信号闪烁效应功率概率密度分布函数。探究了湍流环境下收发仰角对紫外光链路的影响,仰角越小,湍流闪烁效应越弱。
樊程[8]（2021）在《基于神经网络的海洋上空气溶胶偏振遥感研究》文中指出海洋占全球面积的71%,也是地球最大的碳库,海洋上空的气溶胶遥感将有助于提高水色遥感的定量化精度,对量化海洋生物量、估算海洋初级生产力,乃至全球气候变化的研究都具有重大的意义。随着遥感探测技术的发展,美国NASA即将发射的PACE卫星搭载的SPEXone传感器、中国GF5（02）卫星搭载的DPC传感器都是多角度偏振载荷,将为海洋上空高精度气溶胶特性反演提供丰富的卫星观测数据。然而基于矢量辐射传输模型的最优化实时反演算法、传统的查找表算法都存在一定的局限性,不利于卫星业务化运行的数据处理,本研究发展了一套基于神经网络模型的海洋上空气溶胶反演算法,并应用于不同区域,星载、机载、模拟与实测数据的反演,实现了在多角度偏振载荷海洋上空气溶胶反演方面的人工智能与物理模型的结合,在保证反演精度的前提下,极大地提高了卫星遥感业务化计算的效率。具体而言,本文进行了以下内容的研究:1)介绍了目前国内外用于气溶胶研究的偏振载荷的发展历程以及海洋上空气溶胶偏振反演的主流算法。基于辐射传输模型的方法虽然计算准确但十分耗时,无法满足业务化的需求;基于查找表的方法,虽然能在一定程度上提高计算效率,但随着偏振传感器朝着高光谱多角度的方向发展,对查找表的计算和存储也提出了新的挑战。人工智能在海量数据处理方面具有极大优势,有利于海洋上空气溶胶的卫星遥感及其业务化数据处理。因此,本研究提出了多角度偏振载荷海洋上空气溶胶人工智能与物理模型相结合的研究思路。2)发展了一套基于神经网络模型的海洋上空气溶胶反演算法。本研究分析了大气海洋耦合系统的辐射传输物理过程,大气考虑多模态粗细粒子混合的气溶胶模型,海洋方面,针对海洋一类水体,在叶绿素浓度单一参数的海洋光学物理模型的基础上,进行神经网络拓扑结构的设计和模型训练,确定输入参数为叶绿素浓度、入射角和出射角,输出参数为经过主成分分析处理后,能够重构海洋光学特性的前100个分量。通过大量的对比验证最终确定神经网络拓扑结构为3,20,30,20,100,模型的验证精度能够满足气溶胶反演的实际需要。3)本研究采用线性化的矢量辐射传输模型LINTRAN,基于PhillipsTikhonov正则化的Gauss-Newton迭代算法来进行辐射传输方程的求解,并进行了星载、机载、模拟和实测数据的反演和验证。针对SPEXone星载模拟数据,气溶胶特性参数反演基本能满足传感器设计精度;针对ACEPOL飞行试验中SPEX airborne机载实测数据的反演,结果已与激光雷达HSRL数据和地基AERONEAT站点数据进行对比验证具有很高的一致性;针对国产高分五号DPC星载实测数据,进行了整月的反演并与全球分布的海洋地基站点进行了验证,气溶胶光学厚度的均方根误差为0.16,平均相对误差为0.115。综上所述,本研究实现了海洋上空气溶胶反演人工智能与物理模型的结合,开发了一套基于神经网络的海洋上空气溶胶反演算法,并针对不同区域、不同类型的数据进行了反演及验证,结果表明该算法具有较高的反演精度、较强的普适性、极大地提高了卫星海洋遥感的反演效率,为今后将要发射的多波段、多角度偏振载荷如SPEXone、DPC等,在海洋上空气溶胶特性业务化计算方面提供了有利的支持和保障。
李晶[9]（2021）在《海洋石油污染监测主动高光谱探测关键技术研究》文中研究说明海洋石油污染对生物多样性及生态环境具有严重危害,目前对海洋石油污染进行监测主要采用被动探测技术,包括紫外成像探测技术与红外成像探测技术。但被动探测技术仅限于白天光照条件较好的情况下进行测量。因此,研究基于高光谱激光雷达的主动探测技术变得尤为重要,该技术能够实现溢油区域的全天候观测,实时反应油面动态信息。常规激光雷达技术仅限于单一波段应用,无法精准获取海洋油面的光谱信息。本文围绕海洋石油污染监测技术,在激光雷达原理的基础上开展高光谱激光雷达监测技术的研究。高光谱激光雷达是一种能够主动获取光谱和空间信息的仪器,可以减轻环境光照对光谱信息采集的影响。本文阐述了国内外高光谱遥感技术的发展及高光谱激光雷达技术的研究现状,以及海面溢油检测技术的相关研究,进一步明确了高光谱激光雷达应用于海面溢油监测的技术需求,在综合分析了几方面因素的基础上提出了满足实际工作需求的技术指标。根据海洋溢油污染监测技术指标的具体要求,对新型全时多谱段激光雷达设计、制造、调校及定标等关键技术开展了深入研究。具体研究内容如下:（1）针对新型光谱监测技术指标要求和高光谱激光雷达特性,利用Code-V设计软件对前置望远系统进行了光学设计和仿真分析。同时,对与之相匹配的机械结构进行了设计,并制造了一套满足技术指标要求,且性能优良的光学系统。采用折反射系统结构形式,极大地简化了光学系统结构,为满足对目标的跟踪与精细结构测量,在共光路的基础上,加入可见光接收系统,使高光谱激光雷达在进行光谱测量的同时还具备目标定位与成像能力。（2）提出并构建了较完善的可见-近红外波段的光谱性能测试方法,对高光谱激光雷达原理样机的光谱范围、光谱响应、动态范围等反映仪器光谱性能的指标进行了较全面的评定,完成了高光谱激光雷达的定量化研究。（3）利用输出高稳定、能量可调谐的积分球,配备相应设备,对高光谱激光雷达原理样机的光谱辐亮度响应度和响应均匀性进行了综合评价,针对具体激光雷达原理样机给出了相应的修正公式。（4）分析并推导出了该高光谱激光雷达信噪比的计算公式,试验样机前置光学结构的光谱传输特性,结合实际实验结果,对该高光谱激光雷达样机在实际海面溢油监测工作中的信噪比进行了综合估计。（5）利用高光谱激光雷达样机对实验室模拟的水面溢油进行了实验探测,采用该样机对不同厚度水面原油溢油分别在日间和夜间进行了光谱辐照度测量和可见光相机成像,并通过改变水面温度实际测量了不同温度下和不同油膜厚度对反射光谱的特性变化。实验结果表明本文中所研制的高光谱激光雷达在海面原油溢油观测中,尤其在夜间观测中,能够准确的对受溢油覆盖的水面和清澈水面进行辨别,所采用的监测方法可适用于我国全海域,并且可根据所获取的光谱特性对污染程度做出较为准确的判断。本文从海洋石油溢油污染监测入手,研制出一台能够同时获取目标光谱信息和二维图像的高光谱激光雷达原理样机,该高光谱激光雷达覆盖400nm～1100nm波段范围,根据整机系统结构特点,通过仪器整体设计和评价工作,以及在海面溢油中的应用,对高光谱激光雷达在地物目标识别探测能力进行了评价和分析,对集成方法进行了研究,调试完成后的原理样机各项指标均满足应用需求,为我国海洋溢油提供一种新的监测手段,对未来海洋环境保护、海洋资源利用开发具有重要意义。
戎宇航[10]（2021）在《高光谱分辨率激光雷达视场展宽迈克尔孙干涉仪的设计与应用》文中研究说明气溶胶是悬浮在大气层中直径分布在0.001～100微米的固体或液体颗粒。对大气气溶胶光学参数和微物理特性进行研究,有助于人类加深对于全球辐射传输模型的理解,对全球气候研究与环境保护均有重要意义。高光谱分辨率激光雷达（High-spectral-resolution Lidar,HSRL）作为能够获取高精度大气光学参数的主动遥感探测设备,凭借全天时探测、高时空分辨率等优势,在气溶胶探测领域受到广泛关注。光谱鉴频器作为HSRL技术的关键鉴频器件,其性能表现直接决定HSRL的探测精度。近40年发展历史中,性能强劲、长期稳定的通用化光谱鉴频器是HSRL系统所一直追求的。视场展宽迈克尔孙干涉仪（Field-widened Michelson Interferometer,FWMI）工作波长灵活,拥有大接收视场角与高光子效率等优势,是一种极具应用潜力的干涉型光谱鉴频器。受限于回波信噪比低等因素,近红外波段HSRL尚未见诸报道。为获取高质量近红外波段大气参数,本文研制了 一套基于FWMI的近红外HSRL系统,并在扫频工作模式下进行了原理性验证实验。多波长探测也是近些年HSRL技术发展的主要趋势,但是由于多个光谱鉴频器的研制门槛和成本较高,尚未得到大范围推广与应用。本文基于FWMI理论框架,提出了双波长光谱鉴频器设计理论体系,并用仿真验证方案可能性。围绕上述所开展的工作,本文主要研究内容可以概括为:1.研制一套基于FWMI的近红外HSRL系统。近红外散射信号较弱是限制该波段大气精准探测的主要原因,因此FWMI成为近红外HSRL系统光谱鉴频器的最佳选择。基于组内单波长FWMI设计理论,提出近红外纯空气臂FWMI设计方案。构建一套搭配FWMI使用的气压调谐控制系统,以满足后续干涉仪装调以及扫频探测的调谐要求,并最终建立了扫频式近红外HSRL整套系统。2.研究扫频式HSRL反演算法,介绍近红外HSRL初步实验结果。完整推导了扫频式HSRL反演算法并得到结论:在扫频工作模式下,可以仅利用单个分子通道进行光学参数反演。详细介绍近红外FWMI装调方法,并就反演算法中所需输入干涉仪透过率参数进行定标实验。给出扫频式HSRL具体反演中的数据处理流程,最后展示了近红外波段气溶胶以及高空卷云光学参数探测的初步结果。3.构建通用化双波长HSRL光谱鉴频器设计理论。本文充分利用FWMI中“补偿臂”设计的灵活性,通过优化补偿臂结构和尺寸,实现两个波长上的视场展宽效果,建立通用化的双波长FWMI设计理论。结合实际探测需求,给出355/532 nm双波长FWMI设计过程和具体参数,并对设计方案进行性能评估与容差分析,使用蒙特卡洛（Monte Carlo）仿真以验证其应用至双波长HSRL的可行性。本文聚焦FWMI作为HSRL光谱鉴频器的关键技术。通过近红外HSRL系统研制及实验观测,验证了 FWMI在近红外波段HSRL系统应用的可行性,为研究大气微物理特性提供1064 nm波段光学特性参数相关数据支持;通过进一步发展双波长FWMI设计理论,对多波长HSRL技术的推广与应用起到推动作用。
二、高光谱分辨率激光雷达同时测量大气风和气溶胶光学性质的模拟研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、高光谱分辨率激光雷达同时测量大气风和气溶胶光学性质的模拟研究（论文提纲范文）
（1）偏振分光高光谱分辨率激光雷达全天时大气温度探测方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究进展 |
| 1.3 论文主要工作 |
| 2 理论依据 |
| 2.1 大气散射效应 |
| 2.1.1 Rayleigh散射 |
| 2.1.2 Mie散射 |
| 2.1.3 Rayleigh和 Mie散射特性分析 |
| 2.2 HSRL测温理论基础 |
| 2.2.1 激光雷达方程 |
| 2.2.2 Mie散射校正 |
| 2.3 FPE的多光束干涉 |
| 2.4 偏振光和矩阵光学理论 |
| 2.4.1 偏振光的Stokes矢量 |
| 2.4.2 光学元件的Mueller矩阵 |
| 2.4.3 大气对偏振辐射的散射特性 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 HSRL系统设计与分析 |
| 3.1 偏振分光系统设计 |
| 3.2 Mueller矩阵分析 |
| 3.3 频谱图设计与分析 |
| 3.4 信噪比仿真 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 HSRL系统搭建与实验探测 |
| 4.1 偏振分光系统搭建 |
| 4.1.1 光路准直调节 |
| 4.1.2 FPE频率偏移位置标定 |
| 4.1.3 发散角调节 |
| 4.2 大气温度探测实验 |
| 4.2.1 偏振分光系统常数标定 |
| 4.2.2 利用退偏振滤除Mie散射信号 |
| 4.2.3 大气温度探测 |
| 4.3 误差分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间主要研究成果 |
（2）多纵模高光谱分辨率激光雷达数据反演及实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 米散射激光雷达 |
| 1.1.2 拉曼散射激光雷达 |
| 1.1.3 高光谱分辨率激光雷达 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 国外研究进展 |
| 1.2.2 国内研究进展 |
| 1.3 本论文主要研究内容 |
| 2 多纵模高光谱分辨率激光雷达数据反演算法及误差分析 |
| 2.1 探测原理及前期研究基础 |
| 2.1.1 探测原理 |
| 2.1.2 前期研究基础 |
| 2.2 气溶胶光学参量数据反演算法 |
| 2.2.1 数据反演算法 |
| 2.2.2 反演算法仿真验证 |
| 2.3 气溶胶光学参量反演算法的误差分析 |
| 2.3.1 误差来源 |
| 2.3.2 气溶胶后向散射系数误差 |
| 2.3.3 气溶胶光学厚度误差 |
| 2.3.4 误差仿真分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 实验系统构建及反演结果不确定度评估 |
| 3.1 实验系统构建 |
| 3.2 系统常数估算及其不确定度研究 |
| 3.3 光谱复相干度的不确定度研究 |
| 3.3.1 复相干度仿真 |
| 3.3.2 复相干度偏差对反演结果的影响 |
| 3.4 光学特性的反演不确定度 |
| 3.4.1 后向散射系数不确定度 |
| 3.4.2 光学厚度不确定度 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 多纵模高光谱分辨率激光雷达实验观测 |
| 4.1 实验条件 |
| 4.2 不同天气条件下实验观测结果 |
| 4.2.1 晴天天气条件 |
| 4.2.2 多云天气条件 |
| 4.3 连续观测数据结果 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 5.1 工作总结 |
| 5.2 工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间主要研究成果 |
（3）激光雷达几何重叠因子自校正技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 激光雷达大气探测技术 |
| 1.1.2 激光雷达系统构成 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.2.1 激光雷达发展现状 |
| 1.2.2 几何重叠因子自校正技术国内外发展现状 |
| 1.3 论文主要研究内容及章节安排 |
| 2 激光雷达几何重叠因子影响因素分析 |
| 2.1 激光雷达系统及大气探测基本原理 |
| 2.1.1 米散射激光雷达系统 |
| 2.1.2 激光雷达方程 |
| 2.2 激光雷达几何重叠因子计算及实验测定 |
| 2.2.1 激光雷达几何重叠因子计算模型 |
| 2.2.2 光轴平行情况下几何重叠因子影响因素分析 |
| 2.2.3 光轴不平行情况下几何重叠因子影响因素分析 |
| 2.2.4 实验法测定激光雷达系统的几何重叠因子 |
| 2.3 激光雷达几何重叠因子对回波信号的影响分析 |
| 2.3.1 光轴平行情况下几何重叠因子对回波信号的影响 |
| 2.3.2 光轴不平行情况下几何重叠因子对回波信号的影响 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 激光雷达几何重叠因子自校正系统设计 |
| 3.1 几何重叠因子自校正系统搭建思路 |
| 3.2 几何重叠因子自校正硬件系统设计 |
| 3.2.1 激光发射光轴的二维倾角调节平台设计 |
| 3.2.2 倾角调节平台极限保护系统设计 |
| 3.2.3 激光脉冲强度监测校正系统 |
| 3.3 几何重叠因子校正方法 |
| 3.3.1 光轴粗扫描时序设计 |
| 3.3.2 光轴细扫描时序设计 |
| 3.3.3 几何重叠因子的自校正判据设计 |
| 3.4 几何重叠因子自校正软件系统设计 |
| 3.4.1 大气回波信号采集及处理软件设计 |
| 3.4.2 发射系统光轴校正软件设计 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 几何重叠因子自校正系统性能测试及大气探测实验 |
| 4.1 几何重叠因子自校正系统性能测试 |
| 4.1.1 单轴扫描系统测试 |
| 4.1.2 双轴扫描系统测试 |
| 4.2 激光雷达大气探测实验 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 5.1 工作总结 |
| 5.2 研究展望 |
| 5.2.1 扫描时序及数据处理算法优化 |
| 5.2.2 时序同步优化 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 |
| 攻读学位期间主要研究成果 |
（4）基于机载高光谱分辨率激光雷达的气溶胶观测数据分析及污染过程研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究目的和意义 |
| 1.2 国内外研究进展 |
| 1.3 问题的提出 |
| 1.4 本文研究内容 |
| 第二章 大气探测HSRL技术基础 |
| 2.1 大气激光雷达探测 |
| 2.1.1 米散射激光雷达 |
| 2.1.2 拉曼激光雷达 |
| 2.2 基于碘分子滤波器的HSRL探测技术介绍 |
| 2.2.1 原理介绍 |
| 2.2.2 碘分子吸收线的介绍 |
| 2.2.3 基于碘分子滤波器的偏振型HSRL接收系统介绍 |
| 2.2.4 气溶胶光学参数反演方法 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 机载HSRL飞行试验介绍及气溶胶数据分析结果 |
| 3.1 机载雷达系统介绍 |
| 3.1.1 发射单元 |
| 3.1.2 气溶胶接收通道 |
| 3.2 辅助及验证仪器介绍 |
| 3.2.1 机载辅助设备及地面验证设备 |
| 3.2.2 机载雷达设备安装 |
| 3.3 机载数据处理流程介绍 |
| 3.4 飞行试验介绍 |
| 3.4.1 试验节点 |
| 3.4.2 飞行试验地理位置 |
| 3.4.3 机上实验操作 |
| 3.5 机载试验气溶胶观测结果及对比分析 |
| 3.5.1 信号处理 |
| 3.5.2 3月11号飞行结果个例 |
| 3.5.3 3月16号飞行结果个例 |
| 3.5.4 3月19号飞行结果个例 |
| 3.6 气溶胶观测结果对比分析 |
| 3.6.1 HSRL与地基MPL和 CALIPSO廓线对比结果 |
| 3.6.2 HSRL与地基和星载AOD结果对比 |
| 3.7 本章小结 |
| 第四章 机载HSRL观测气溶胶污染过程综合分析 |
| 4.1 污染过程分析 |
| 4.1.1 污染物变化 |
| 4.1.2 气象条件 |
| 4.1.3 污染源分析 |
| 4.1.4 MODIS观测AOD分布 |
| 4.2 气溶胶分布特征 |
| 4.2.1 米散射激光雷达观测气溶胶垂直分布结果 |
| 4.2.2 机载观测AOD变化趋势和地域分布结果 |
| 4.2.3 污染天个例分析 |
| 4.3 机载HSRL观测气溶胶参数垂直分布统计分析 |
| 4.3.1 不同天、不同下垫面类型的气溶胶参数垂直分布 |
| 4.3.2 不同高度区间内AOD统计分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结和展望 |
| 5.1 论文总结 |
| 5.2 创新点 |
| 5.3 不足和展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
| 致谢 |
（5）高光谱分辨率激光雷达关键技术及系统实验（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 激光雷达大气气溶胶探测理论基础 |
| 1.2.1 大气光散射特性 |
| 1.2.2 米散射激光雷达结构与基本原理 |
| 1.2.3 拉曼激光雷达结构与基本原理 |
| 1.2.4 HSRL结构与基本原理 |
| 1.3 高光谱分辨率激光雷达的发展历史及国内外研究现状 |
| 1.3.1 HSRL技术的提出与发展 |
| 1.3.2 光谱鉴频器初始探索阶段 |
| 1.3.3 光谱鉴频器应用阶段 |
| 1.3.4 光谱鉴频器性能优化阶段 |
| 1.4 本论文的主要研究内容及创新点 |
| 1.4.1 本文的主要研究内容 |
| 1.4.2 本文的创新点 |
| 2 高光谱分辨率激光雷达系统设计 |
| 2.1 高光谱分辨率激光雷达系统反演方法 |
| 2.2 高光谱分辨率激光雷达系统仿真 |
| 2.2.1 激光雷达系统响应匹配 |
| 2.2.2 激光雷达回波信号模拟 |
| 2.2.3 光谱鉴频器在可见光HSRL中的应用分析 |
| 2.2.4 光谱鉴频器在近红外光HSRL中的应用分析 |
| 2.2.5 定标参数稳定性讨论 |
| 2.3 高光谱分辨率激光雷达系统设计方案 |
| 2.3.1 整体结构设计 |
| 2.3.2 发射系统 |
| 2.3.3 接收系统 |
| 2.3.4 探测采集系统 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 高光谱分辨率激光雷达鉴频技术研究 |
| 3.1 碘分子吸收池光谱鉴频器碘线选择技术 |
| 3.1.1 光谱鉴频特性 |
| 3.1.2 基于NSGA-Ⅱ多目标优化算法参数优化设计 |
| 3.1.3 灵敏度分析 |
| 3.2 气压调谐视场展宽迈克尔孙干涉仪光谱鉴频器技术 |
| 3.2.1 光谱鉴频特性 |
| 3.2.2 FWMI实际结构与气压调谐设计 |
| 3.2.3 FWMI稳定性评估 |
| 3.3 高光谱分辨率激光雷达光谱鉴频器定标与探测实验 |
| 3.3.1 基于碘分子吸收池的HSRL的定标实验 |
| 3.3.2 基于FWMI的HSRL定标实验 |
| 3.3.3 HSRL探测结果对比 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 高光谱分辨率激光雷达定标校准技术研究 |
| 4.1 重叠因子定标 |
| 4.1.1 重叠因子基础理论 |
| 4.1.2 IGD定标方法 |
| 4.1.3 MC仿真验证 |
| 4.1.4 双视场HSRL系统实验验证 |
| 4.2 通道增益比定标 |
| 4.2.1 偏振通道增益比 |
| 4.2.2 分子通道增益比 |
| 4.2.3 瑞利拟合验证 |
| 4.3 其余反演所需参数的定标研究 |
| 4.3.1 触发延迟测试 |
| 4.3.2 探测采集系统动态范围测试 |
| 4.3.3 电路背景噪声测试 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 高光谱分辨率激光雷达仪器验证与气溶胶探测外场实验 |
| 5.1 高光谱分辨率激光雷达仪器校验 |
| 5.1.1 比对仪器与方法 |
| 5.1.2 与拉曼激光雷达和太阳光度计比对结果 |
| 5.1.3 与CALIOP、MPL和CRD AES比对结果 |
| 5.2 高光谱分辨率激光雷达气溶胶探测外场实验 |
| 5.2.1 外场实验说明 |
| 5.2.2 外场实验探测结果展示 |
| 5.3 大气气溶胶类型识别应用 |
| 5.3.1 气溶胶类型识别基础 |
| 5.3.2 城市气溶胶探测与分类 |
| 5.3.3 沙尘与海洋气溶胶探测与分类 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 本文的主要工作总结 |
| 6.2 下一步的工作展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读博士学位期间的主要研究成果 |
（6）基于激光雷达数据的气溶胶特性反演方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究的背景与意义 |
| 1.2 激光雷达信号去噪技术研究现状 |
| 1.3 行星边界层高度探测方法研究现状 |
| 1.4 气溶胶消光特性反演方法研究现状 |
| 1.5 气溶胶微物理特性探测技术研究现状 |
| 1.6 本文研究内容及章节安排 |
| 第二章 激光雷达系统和数据预处理 |
| 2.1 激光雷达系统 |
| 2.1.1 Mie散射激光雷达 |
| 2.1.2 Raman散射激光雷达 |
| 2.1.3 高光谱分辨率激光雷达 |
| 2.1.4 多波长激光雷达 |
| 2.2 .激光雷达数据预处理 |
| 2.2.1 探测器延时校正 |
| 2.2.2 背景噪声订正 |
| 2.2.3 后脉冲订正 |
| 2.2.4 距离平方校准 |
| 2.3 基于变分模态分解和鲸鱼优化算法的激光雷达信号去噪方法 |
| 2.3.1 变分模态分解算法 |
| 2.3.2 鲸鱼优化算法 |
| 2.3.3 基于变分模态分解和鲸鱼优化算法的去噪方法 |
| 2.3.4 实验结果与讨论 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于激光雷达数据的行星边界层高度反演 |
| 3.1 边界层高度反演资料 |
| 3.1.1 微脉冲激光雷达资料 |
| 3.1.2 无线电探空仪资料 |
| 3.2 行星边界层高度的常用反演方法 |
| 3.2.1 梯度法 |
| 3.2.2 曲线拟合方法 |
| 3.2.3 小波协方差变换法 |
| 3.3 改进的行星边界层高度自适应确定方法 |
| 3.4 实验结果与讨论 |
| 3.4.1 合成信号实验 |
| 3.4.2 实测数据实验 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 基于激光雷达数据的气溶胶消光特性反演 |
| 4.1 常见激光雷达系统的气溶胶消光系数反演方法 |
| 4.1.1 基于Mie散射激光雷达反演消光系数 |
| 4.1.2 基于Raman散射激光雷达反演消光系数 |
| 4.1.3 基于高光谱分辨率激光雷达反演消光系数 |
| 4.2 深度信念网络 |
| 4.3 基于深度信念网络的气溶胶消光系数反演方法 |
| 4.4 实验结果与讨论 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 基于多波长激光雷达数据的气溶胶微物理特性反演 |
| 5.1 气溶胶微物理特性 |
| 5.1.1 气溶胶的粒径 |
| 5.1.2 气溶胶的粒径谱分布 |
| 5.1.3 粒子尺度描述参数 |
| 5.1.4 复折射指数 |
| 5.2 Mie散射理论 |
| 5.3 不适定问题概述 |
| 5.4 基于GCV正则化反演气溶胶粒子谱分布 |
| 5.5 基于气溶胶微物理参数正演气溶胶光学特性 |
| 5.5.1 粒子谱分布的选择 |
| 5.5.2 气溶胶复折射指数的选择 |
| 5.5.3 气溶胶光学特性和激光雷达信号的模拟 |
| 5.6 基于气溶胶光学参数反演气溶胶微物理特性 |
| 5.7 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 研究内容与总结 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
| 在研期间的工作成果 |
（7）机载紫外前视测风激光雷达紫外大气散射及相关技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 紫外测风激光雷达国内外研究现状 |
| 1.2.2 紫外激光大气传输模型国内外研究现状 |
| 1.3 主要研究内容及章节 |
| 第2章 前视紫外测风激光雷达大气传输理论 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 地球大气成分和分层结构 |
| 2.2.1 地球大气成分 |
| 2.2.2 地球大气分层结构 |
| 2.3 机载紫外前视测风激光雷达原理 |
| 2.4 紫外激光雷达大气传输特性 |
| 2.4.1 大气对紫外光的散射 |
| 2.4.2 大气对紫外光的吸收 |
| 2.4.3 大气湍流的影响 |
| 2.5 紫外光大气传输散射理论 |
| 2.5.1 单次散射 |
| 2.5.2 多次散射—经典蒙特卡罗模型 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 机载紫外激光雷达大气传输模型的建立 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 利用蒙特卡罗指向概率法建立紫外光大气传输模型 |
| 3.2.1 确定初始光子的发射方向余弦 |
| 3.2.2 定义光子空间坐标与散射方向余弦 |
| 3.2.3 判定光子是否被接收 |
| 3.2.4 计算光子接收概率 |
| 3.3 单次散射模型(n=1)仿真分析 |
| 3.3.1 单次散射收发间距对回波信号的影响 |
| 3.3.2 单次散射收发不共面角对回波信号强度的影响 |
| 3.3.3 单次散射不同激光光源对回波信号的影响 |
| 1)仿真分析'>3.4 基于蒙特卡罗指向概率法的多次散射(n>1)仿真分析 |
| 3.5 模型的验证 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 紫外发射光源特性对回波信号的影响 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 紫外激光光源的建模 |
| 4.2.1 利用正态分布随机数生成初始光子方向余弦 |
| 4.2.2 利用均匀分布随机数生成初始光子方向余弦 |
| 4.3 光源模型与MCNEE散射模型的联合仿真 |
| 4.4 接收端接收能量密度的分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 湍流大气中的机载紫外激光传输模型 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 收发共轴紫外探测链路的湍流传输 |
| 5.2.1 大气湍流基本原理 |
| 5.2.2 湍流对数正态分布模型 |
| 5.3 湍流环境中机载紫外前视激光雷达非共轴链路建模 |
| 5.4 湍流环境中紫外前视激光雷达非共轴链路模型仿真 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 论文研究成果 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 下一步工作计划 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（8）基于神经网络的海洋上空气溶胶偏振遥感研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 气溶胶的定义及分类 |
| 1.1.2 气溶胶的气候效应 |
| 1.1.3 气溶胶的环境效应 |
| 1.1.4 气溶胶的观测方法 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 偏振传感器的发展 |
| 1.2.2 海洋气溶胶偏振反演理论 |
| 1.3 研究思路与框架 |
| 1.4 论文结构与章节安排 |
| 第2章 相关数据源介绍 |
| 2.1 SPEX数据 |
| 2.1.1 SPEX传感器介绍 |
| 2.1.2 SPEX airborne数据提取 |
| 2.1.3 SPEX airborne观测数据 |
| 2.2 DPC数据 |
| 2.2.1 DPC传感器介绍 |
| 2.2.2 DPC数据提取 |
| 2.2.3 DPC观测数据 |
| 2.3 HSRL-2数据 |
| 2.4 Aeronet数据 |
| 2.5 其他辅助数据 |
| 2.6 结果评价指标 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 大气气溶胶模型 |
| 3.1 气溶胶物理特性 |
| 3.1.1 气溶胶谱分布 |
| 3.1.2 有效半径及方差 |
| 3.1.3 气溶胶球型比 |
| 3.2 气溶胶化学特性 |
| 3.2.1 化学组成成分 |
| 3.2.2 复折射指数 |
| 3.3 气溶胶光学特性 |
| 3.3.1 截面/效率因子 |
| 3.3.2 单次散射反照率 |
| 3.3.3 散射相函数 |
| 3.3.4 不对称因子 |
| 3.3.5 粒子群光学特性 |
| 3.4 本研究气溶胶模型 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 海洋光学模型及仿真分析 |
| 4.1 海洋光学模型概述 |
| 4.2 水溶胶模型 |
| 4.2.1 生物光学Bio-optical模型 |
| 4.2.2 碎屑-浮游植物D-P模型 |
| 4.3 矢量辐射传输模型 |
| 4.4 海洋上空偏振辐射仿真分析 |
| 4.4.1 偏振辐射空间分布仿真分析 |
| 4.4.2 对气溶胶光学厚度AOD仿真分析 |
| 4.4.3 对细粒子占比FMF的仿真分析 |
| 4.4.4 对吸收性气溶胶指数的仿真分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 神经网络模型的构建 |
| 5.1 神经网络概述 |
| 5.1.1 单层感知网络 |
| 5.1.2 多层神经网络 |
| 5.2 BP神经网络基本原理 |
| 5.3 BP神经网络的优点 |
| 5.4 神经网络训练样本集 |
| 5.4.1 神经网络的输入层 |
| 5.4.2 神经网络的输出层 |
| 5.4.3 主成分分析降维 |
| 5.5 神经网络拓扑结构的选择 |
| 5.5.1 数据归一化处理 |
| 5.5.2 神经网络结构的设计 |
| 5.5.3 神经网络的训练 |
| 5.5.4 神经网络的选择 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 模拟及实测数据反演及验证 |
| 6.1 前向模型的构建及反演求解 |
| 6.1.1 前向模型 |
| 6.1.2 反演方法 |
| 6.1.3 模型求解 |
| 6.1.4 拟合系数 |
| 6.2 基于SPEXone模拟数据的反演结果及验证 |
| 6.2.1 气溶胶光学厚度 |
| 6.2.2 气溶胶其他参数 |
| 6.3 基于SPEX airborne机载数据的反演结果及验证 |
| 6.3.1 与HSRL-2激光雷达验证分析 |
| 6.3.2 与地基AEONET站点验证分析 |
| 6.4 基于DPC/GF5星载数据的反演结果及验证 |
| 6.4.1 DPC误差敏感性分析 |
| 6.4.2 DPC单景反演实际案例 |
| 6.4.3 DPC与地基AERONET验证 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 结论及展望 |
| 7.1 论文主要研究成果 |
| 7.2 论文的创新点 |
| 7.3 论文存在的问题及展望 |
| 参考文献 |
| 附录A 卫星、传感器中英文缩写对照表 |
| 附录B 物理量、参数、模型等中英文缩写对照表 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（9）海洋石油污染监测主动高光谱探测关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 国外激光雷达发展情况 |
| 1.2.1 单波长探测 |
| 1.2.2 多波长探测 |
| 1.2.3 超连续谱探测 |
| 1.3 高光谱遥感技术的发展及应用 |
| 1.3.1 高光谱遥感技术发展历史 |
| 1.3.2 高光谱遥感在沿海监测中的应用 |
| 1.3.3 高光谱遥感溢油识别研究 |
| 1.4 高光谱激光雷达发展现状 |
| 1.5 研究的内容及意义 |
| 第2章 高光谱激光雷达技术理论 |
| 2.1 高光谱遥感概述 |
| 2.1.1 高光谱遥感技术 |
| 2.1.2 高光谱与多光谱成像技术差异 |
| 2.1.3 高光谱吸收及诊断特征 |
| 2.2 高光谱海面溢油遥感理论 |
| 2.2.1 水体遥感数据分析 |
| 2.2.2 海面反射波谱特征 |
| 2.2.3 大气对激光传输的影响 |
| 2.2.4 溢油油膜厚度识别分析 |
| 2.3 高光谱激光雷达技术 |
| 2.3.1 高光谱激光雷达探测原理与特点 |
| 2.3.2 高光谱激光雷达验证波段范围 |
| 2.3.3 高光谱激光雷达系统 |
| 2.3.4 高光谱激光雷达方程 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 高光谱激光雷达系统设计 |
| 3.1 超连续谱激光器 |
| 3.2 探测器选择 |
| 3.3 激光扩束器系统理论 |
| 3.4 高光谱接收单元 |
| 3.5 光学系统设计 |
| 3.5.1 系统初始光学结构选型 |
| 3.5.2 系统光学结构设计 |
| 3.5.3 望远系统像质评价 |
| 3.6 机械结构 |
| 3.6.1 整体结构 |
| 3.6.2 力学分析 |
| 3.7 信噪比估算 |
| 3.7.1 可见光相机信噪比 |
| 3.7.2 高光谱探测器信噪比 |
| 3.8 本章小结 |
| 第4章 高光谱激光雷达原理样机性能评价及定量化研究 |
| 4.1 空间分辨率检测 |
| 4.2 原理样机光谱性能 |
| 4.2.1 原理样机的光谱范围 |
| 4.2.2 原理样机接收系统的波长定标 |
| 4.2.3 原理样机的动态范围测试 |
| 4.3 高光谱激光雷达定量化研究 |
| 4.3.1 定量化标准光源 |
| 4.3.2 定量化标准源传递 |
| 4.3.3 辐射亮度计算 |
| 4.3.4 光谱辐亮度响应度定标 |
| 4.4 可见光相机响应均匀性定标 |
| 4.5 MTF检测 |
| 4.6 焦距测量 |
| 4.7 视场核算与测量 |
| 4.8 系统线性度检测 |
| 4.8.1 同一积分时间下线性 |
| 4.8.2 同一信号下线性对应 |
| 4.9 信噪比检测 |
| 4.10 本章小结 |
| 第5章 海面原油溢油模拟测试分析 |
| 5.1 油膜光谱传输理论 |
| 5.2 实验平台搭建 |
| 5.3 白天光谱探测 |
| 5.4 夜晚光谱探测 |
| 5.5 不同水温光谱探测 |
| 5.6 可见光相机探测 |
| 5.7 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 论文创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的成果 |
| 致谢 |
（10）高光谱分辨率激光雷达视场展宽迈克尔孙干涉仪的设计与应用（论文提纲范文）
| 致射 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 大气探测激光雷达结构及探测原理 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 HSRL发展历程 |
| 1.3.2 FWMI在HSRL中的应用 |
| 1.4 本文研究内容与结构安排 |
| 2 高光谱分辨率激光雷达原理 |
| 2.1 激光与大气相互作用 |
| 2.1.1 弹性散射 |
| 2.1.2 非弹性散射 |
| 2.2 HSRL原理及系统构成 |
| 2.3 光谱鉴频器 |
| 2.3.1 碘分子吸收池 |
| 2.3.2 法布里-珀罗干涉仪 |
| 2.3.3 视场展宽迈克尔孙干涉仪 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 近红外HSRL系统研制 |
| 3.1 近红外FWMI设计 |
| 3.2 扫频调谐系统 |
| 3.2.1 扫频系统设计原理及结构 |
| 3.2.2 扫频系统参数及性能 |
| 3.3 近红外HSRL系统结构 |
| 3.3.1 发射系统 |
| 3.3.2 接收系统 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 近红外HSRL定标及观测实验 |
| 4.1 扫频式HSRL大气参数反演算法 |
| 4.2 FWMI定标实验 |
| 4.2.1 单纵模耦合光定标 |
| 4.2.2 高空云层米散射定标 |
| 4.3 近红外HSRL观测实验 |
| 4.3.1 实验数据预处理及反演过程 |
| 4.3.2 实验结果展示 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 双波长HSRL光谱鉴频器设计 |
| 5.1 双波长干涉型光谱鉴频器设计原理 |
| 5.1.1 通用化双波长FWMI结构及设计原理 |
| 5.1.2 紫外及可见光波段双波长FWMI设计方案 |
| 5.2 双波长FWMI性能评估和容差分析 |
| 5.2.1 双波长FWMI性能评估 |
| 5.2.2 双波长FWMI容差分析 |
| 5.3 基于双波长FWMI的HSRL系统仿真 |
| 5.3.1 前向仿真模型及相关系统参数 |
| 5.3.2 MC仿真反演误差 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 本文工作总结 |
| 6.2 本文主要创新点 |
| 6.3 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读硕士学位期间主要的研究成果 |
四、高光谱分辨率激光雷达同时测量大气风和气溶胶光学性质的模拟研究（论文参考文献）
- [1]偏振分光高光谱分辨率激光雷达全天时大气温度探测方法研究[D]. 庞景哲. 西安理工大学, 2021(01)
- [2]多纵模高光谱分辨率激光雷达数据反演及实验研究[D]. 陈婷. 西安理工大学, 2021
- [3]激光雷达几何重叠因子自校正技术研究[D]. 徐鑫鑫. 西安理工大学, 2021
- [4]基于机载高光谱分辨率激光雷达的气溶胶观测数据分析及污染过程研究[D]. 朱首正. 南京信息工程大学, 2021(01)
- [5]高光谱分辨率激光雷达关键技术及系统实验[D]. 沈雪. 浙江大学, 2021(01)
- [6]基于激光雷达数据的气溶胶特性反演方法研究[D]. 李红旭. 南京信息工程大学, 2021(01)
- [7]机载紫外前视测风激光雷达紫外大气散射及相关技术研究[D]. 张秋实. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2021(01)
- [8]基于神经网络的海洋上空气溶胶偏振遥感研究[D]. 樊程. 中国科学院大学(中国科学院空天信息创新研究院), 2021(01)
- [9]海洋石油污染监测主动高光谱探测关键技术研究[D]. 李晶. 长春理工大学, 2021(01)
- [10]高光谱分辨率激光雷达视场展宽迈克尔孙干涉仪的设计与应用[D]. 戎宇航. 浙江大学, 2021(09)