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軍工航天新聞

大功率孔徑積激光雷達(dá)數(shù)據(jù)校正有新方法

星之球科技 來(lái)源:中科院空間科學(xué)與應(yīng)用研2013-03-29 我要評(píng)論(0 )   

美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)(OSA)旗下雜志《光學(xué)快訊》(Optics Express)2013年21卷第6期 (Optics Express, VOL. 21, Issue 6, pp. 7768-7785, 2013) 發(fā)表了中科院空間科學(xué)與應(yīng)用研...

      美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)(OSA)旗下雜志《光學(xué)快訊》(Optics Express)2013年21卷第6期 (Optics Express, VOL. 21, Issue 6, pp. 7768-7785, 2013) 發(fā)表了中科院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心空間天氣學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室地基探測(cè)組關(guān)塞、楊國(guó)韜等人的研究成果:New methods of data calibration for high power-aperture lidar。
 
       在大功率孔徑積激光雷達(dá)探測(cè)中,強(qiáng)烈大氣后向散射信號(hào)引起的探測(cè)器脈沖累積效應(yīng)(Pulse Pile-up)和強(qiáng)光感生噪聲(Signal-Induced Noise)是導(dǎo)致激光雷達(dá)回波信號(hào)非線(xiàn)性失真,干擾原始數(shù)據(jù)反演大氣參數(shù)準(zhǔn)確性的主要因素。尤其對(duì)高空金屬層熒光激光雷達(dá),為研究金屬層(80~150km)的變化特性和精細(xì)結(jié)構(gòu),往往采用高量子效率、光子計(jì)數(shù)模式的光電倍增管(PMT)以保證金屬層探測(cè)的高性噪比,這就使得Pulse Pile-up和SIN造成的非線(xiàn)性失真更為明顯,與反演需要的大動(dòng)態(tài)范圍線(xiàn)性信號(hào)相矛盾。目前國(guó)際上的解決方案主要有多通道信號(hào)拼接,安裝機(jī)械斬波器等等。
 
       為了克服高空強(qiáng)烈鈉熒光信號(hào)的非線(xiàn)性失真問(wèn)題,作者基于子午工程激光雷達(dá)實(shí)際觀測(cè)的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ),提出了一個(gè)比上述方法更有效、系統(tǒng)更為簡(jiǎn)潔的方法:他們?cè)O(shè)計(jì)了一套全新的模塊化高精度光電探測(cè)器響應(yīng)特征檢測(cè)系統(tǒng),確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)運(yùn)用到實(shí)際激光雷達(dá)數(shù)據(jù)修正的可移植性;提出了一套修正脈沖累積效應(yīng)的新方法,并建立了SIN精細(xì)結(jié)構(gòu)扣除模型,首次詳細(xì)評(píng)估了子午工程激光雷達(dá)SIN和Pulse Pile-up效應(yīng)各自對(duì)雷達(dá)信號(hào)的擾動(dòng)量。校正后的數(shù)據(jù)將瑞利原始信號(hào)有限的線(xiàn)性范圍(55-80km)擴(kuò)展到20-80km。將修正數(shù)據(jù)反演的大氣密度、溫度廓線(xiàn)與TIMED衛(wèi)星和大氣模式相比較,得到了很好的吻合:平流層大氣密度誤差小于5%,30km至65km溫度誤差小于±10K。值得注意的是,修正后的鈉層數(shù)密度峰值有大概30%的增加。
 
       借助這套實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和方法還原出未被探測(cè)系統(tǒng)扭曲的大氣真實(shí)回波信號(hào),作者在確保大動(dòng)態(tài)線(xiàn)性范圍(20-110km)和保證鈉層信號(hào)的高信噪比之間,達(dá)到了一個(gè)不用降低PMT量子效率的全新切入點(diǎn):即使在一個(gè)探測(cè)通道內(nèi),研究者也可以盡可能的選擇更高效率更敏感的PMT,將探測(cè)高度進(jìn)一步上探,為研究金屬層更精細(xì)特征、發(fā)現(xiàn)更多未知現(xiàn)象提供了可能,而不用再擔(dān)心低空-中層信號(hào)的非線(xiàn)性失真無(wú)法挽回。這項(xiàng)工作得到OE審稿人的高度評(píng)價(jià)。

 

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