用于大气测温的布里渊激光雷达的系统设计

摘要

大气温度是一个重要的气象参数，它的状态和变化，时时处处影响到人类的活动与生存。因此，透彻的分析大气的各种特性，如散射特性、吸收特性等，并针对这些特性设计出具有实时性好、探测灵敏度高和时空分辨率好的测温系统是十分必要的。
　　 现有的测温激光雷达有瑞利散射激光雷达和拉曼散射激光雷达等，其中瑞利散射激光雷达只能探测30-90km的高度范围，在低空大气探测方面却存在着一定的困难；拉曼散射激光雷达则可以对低空大气进行探测，且测量精度也比较高，但是由于其设备复杂，探测成本高，使得其使用范围受到了一定的限制。针对这些激光雷达探测的不足，本文中给出了一种利用测量大气中布里渊散射频移量大小来实现低空大气温度实时探测的新型探测方法。该方法是一种更为精确非接触式的频域检测方法，具有体积小、重量轻、高信噪比、高隐蔽性和高测量精度等优点。
　　 本文首先对大气的温度与布里渊频移量之间的关系进行了分析，并从谱线展宽的理论入手，得到了大气瑞利-布里渊散射的散射谱的特性。接着又针对大气布里渊散射的特性进行了布里渊散射激光雷达探测系统的光路设计。在设计中，本文首先对其中发射系统中的激光器进行了需求分析并研究了其准直系统的特点，接着又对接收系统中接收物镜的要求进行了研究，探讨了F-P标准具加ICCD探测方法的优势，并对整个激光雷达探测系统中的几个关键器件进行了选型。最后，本文分析了利用干涉图像映射大气瑞利-布里渊散射频谱的方法，从理论上验证了利用探测大气布里渊散射频谱实现大气温度测量的可行性。