中紅外差分吸收激光雷達(dá)數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展通常伴隨著環(huán)境問題的滋生。大氣污染是環(huán)境污染的一個重要方面，大氣污染物的種類和源頭十分廣泛，主要有工業(yè)生產(chǎn)、生活采暖、交通運(yùn)輸?shù)龋诖水?dāng)中工業(yè)污染所占的比重最大。差分吸收激光雷達(dá)具有高的時間和空間分辨率、晴空探測能力強(qiáng)、精度高和響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，是近年來環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的新技術(shù)，而中紅外波段則覆蓋了眾多無機(jī)分子及有機(jī)分子的吸收峰，充分利用污染氣體在中紅外波段大氣典型窗口的吸收特性，可有效提升污染氣體探測的準(zhǔn)確度和靈敏度。本文基

2、于中紅外差分吸收激光雷達(dá)(MI-DIAL)的研發(fā)，對其系統(tǒng)功能以及反演算法進(jìn)行了模擬分析研究。
　　本文基于差分探測污染氣體技術(shù)的原理，利用HITRAN數(shù)據(jù)庫和逐線積分算法模擬計(jì)算并分析了中紅外波段SO2、NO2、NO三種污染氣體的分子光譜，分析了光譜受溫度和壓強(qiáng)變化的影響，并據(jù)此選擇了三種目標(biāo)氣體的雷達(dá)工作波長。在描述了差分吸收測量污染氣體濃度的相關(guān)理論知識的基礎(chǔ)上，介紹了中紅外差分吸收激光雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及各組成部分、系統(tǒng)主要參數(shù)

3、和工作流程。推導(dǎo)和仿真了大氣污染氣體的濃度反演過程，包括算法仿真模型的建立和信號處理方法的研究。
　　本文假設(shè)了以標(biāo)況下大氣正常組成成分比例存在干擾氣體的濃度，待測氣體含量為目標(biāo)探測濃度，進(jìn)行了仿真疊加噪聲后的反演計(jì)算并進(jìn)行了誤差分析。對脈沖累加平均，結(jié)合五點(diǎn)滑動平滑和多重相關(guān)檢測處理回波信號進(jìn)行了研究，結(jié)果表明結(jié)合使用可以有效地抑制噪聲，并且有利于有效信號的提取。1km內(nèi)計(jì)算得到的NO2氣體濃度反演結(jié)果誤差是±0.1mg/m3。