强激光与粒子柬第２２卷
地面到近３０ｋｍ处，气溶胶的弹性散射不能忽略不计，这时，由于瑞利信号受到气溶胶信号的污染，瑞利散射测温不再可行。利用大气的拉曼散射测温是另外一种大气温度测量手段，其中振转拉曼激光雷达由于接收的拉曼光与发射光的波长不同，更容易抑制弹性散射的影响，提高系统的信噪比。考虑大气成分的含量和所占比例的稳定性，拉曼激光雷达一般使用Ｎ：的拉曼信号，其反演温度的方法也与瑞利激光雷达有很大的相似之处，其区别在于激光雷达方程中透过率项必须写为发射激光与拉曼波长两部分，并要考虑臭氧的影响［７］，即
Ｐ（ＡＮ．ｚ）ｚ２
Ｎ（ｚ）＝；＿７－二兰—１Ｎ（ｚｏ）Ｔｍ（ＡＮ。，Ａｏ，ｚ，ｚｏ）了－（ＡＮ，，Ａｏ，ｚ，ｚｏ）Ｔｏ（ＡＮ。，Ｊ＝Ｌｏ，ｚ，ｚｏ）（３）
，ｔＡＮ２，７．０，ｚｏ
‘。‘式中：Ｐ（ａ№，ｚ）为Ｎ２分子拉曼散射信号度；Ｔｍ（Ａ№，Ａ。，ｚ，ｚ。），Ｔ。（Ａ。，，Ａ。，ｚ，‰），Ｔｏ（ＡＭ，Ａ。，ｚ，ｚ。）分别为大气分子的透过率、大气气溶胶的透过率和臭氧的透过率，其中Ｔｏ（ＡＭ，Ａ。，２，ｚ。）可以用探空资料、激光雷达资料或者是大气模式数值。
２激光雷达系统
系统采用５３２／１１３３．的激光作为发射光源，其单脉冲能量为２００ｍＪ，重复频率为２０Ｈｚ，接收系统使用直径为４００ｍｍ的卡塞格林望远镜。发射激光与大气相互作用后的回波信号由望远镜收集，为减少背景噪声，近焦点
处有一小孔用于压缩望远镜系统的视场角。后向散射信号经过准直后分别进入瑞利、拉曼、米３个通道，每个通道探测器前面均放有对应的窄带滤光片，其中５３２ｎｍ滤光片峰值透过率为４０％，带宽为０．３
ｎｍ；６０７ｎｍ滤光片的峰值透过率为５０％，带宽为０．２ｎｌＴｌ。拉曼通道用于探测Ｎ：分子的拉曼散射——６０７ｎｍ光信号，根据Ｎ。分子的浓度结合米通道测量的气溶胶特性反演低空大气温度；米通道，采用模拟探测的方式探测对流层以内气溶胶的光学特性；瑞利通道前除窄带滤光片外，还有一个带有不同透过率衰减片的转轮，通过将不同衰减片转至光路中能够使高空５３２ｎｍ信号受到不同程度的衰减，可以探测高空温度，也可以探测低空气溶胶。由于瑞利通道与拉曼通道共用一个光子计数卡，两通道的垂直分辨力分别１５０ｍ和３０ｍ，在实际测量过程中，只能对高低空进行分别测量，一般以１００００脉冲积分作为一个数据文件，分别测量后，再将高低空温度合成一个大气温度廓线。
ＤＢＳ：ｄｌｓｃｈｒｏｉｃｂｅａｍｓｐｌｉｔｔｅｒＦｉｇ．１Ｄｉａｇｒａｍｏｆｌｉｄａｒｓｙｓｔｅｍａｎｄｐｉｃｔｕｒｅ０１ＩｔＳｒｅｃｅｉｖｉｎｇｓｙｓｔｅｍ
图１激光雷达结构示意图及接收系统照片
３激光雷达试验结果
３．１回波信号的小波降噪
图２（ａ）为所测的大气瑞利散射原始信号，积分时间为１００００个脉冲，１８．６ｋｍ处光子回波数少，主要原因是光电倍增管的门控没有完全打开，第二个数据即达到最大值说明门控已经完全打开（门控打开时间一般小于１＂ｓ，对应空间距离为１５０ｍ），因此，在数据处理时，首先应该剔除门控打开后的第一点。随着高度的增加，光子个数显现出很强的散粒特性，增加积分脉冲个数可以减小散粒特性，增强信噪比，但牺牲了激光雷达的时间分辨力，因此，采用小波降噪的方法对原始信号进行降噪。小波分析克服了短时傅里叶变换在单分辨力上的缺陷，具有多分辨力分析的特点，在时域和频域都有表征信号局部信息的能力，时间窗和频率窗都可以根据信号的具体形态动态调整，因此始最为常用的信号处理方法之一。对激光雷达信号使用ｄｂ３小波进行３层次的分解，利用软阈值法进行降噪，结果如图２（ｂ）中实线所示，显然信噪比原始数据（图２（ｂ）虚线）有了很大的提高。
圈圆
用于大气温度廓线测量的瑞利-拉曼激光雷达
作者：卜令兵， 郭劲秋， 田力， 黄兴友， 刘博， 冯永伟， Bu Lingbing， Guo Jinqiu，Tian Li， Huang Xingyou， Liu Bo， Feng Yongwei
作者单位：卜令兵,郭劲秋,田力,黄兴友,Bu Lingbing,Guo Jinqiu,Tian Li,Huang Xingyou(南京信息工程大学,气象灾害省部共建教育部重点实验室,南京,210044)， 刘博,Liu Bo(中国科学院
,安徽光学精密机械研究所,大气光学中心,合肥,230031)， 冯永伟,Feng Yongwei(国家知识
产权局,专利审查协作中心,北京,100190)
刊名：
强激光与粒子束
英文刊名：HIGH POWER LASER AND PARTICLE BEAMS
年，卷(期)：2010,22(7)
被引用次数：2次
参考文献(7条)
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引证文献(3条)
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3.姚欢.倪晓昌.王宣大气激光雷达技术的研究进展[期刊论文]-天津职业技术师范大学学报 2014(3)
引用本文格式：卜令兵.郭劲秋.田力.黄兴友.刘博.冯永伟.Bu Lingbing.Guo Jinqiu.Tian Li.Huang Xingyou. Liu Bo.Feng Yongwei用于大气温度廓线测量的瑞利-拉曼激光雷达[期刊论文]-强激光与粒子束 2010(7)