大气探测激光雷达网络和星载激光雷达技术综述

激光雷达在大气环境监测和气象研究中的应用激光雷达（Lidar）是一种能测量远距离距离和速度的技术。

它通过向目标物发送激光脉冲，并接收反射回来的信号，从而测量距离、速度和方向。

在大气环境监测和气象研究中，激光雷达已经被广泛应用。

本文将对激光雷达在大气环境监测和气象研究中的应用做一简要介绍。

一、大气污染监测激光雷达可以测量大气中的颗粒物（PM2.5、PM10等）的浓度和大小分布，从而监测大气污染。

与传统的空气质量监测手段相比，激光雷达具有非常高的测量精度和灵敏度。

激光雷达还可以实现实时监测，这对于及时采取措施改善大气环境非常有帮助。

二、风场探测激光雷达可以测量大气中的风速和风向，对于天气预报和空气质量模拟非常有帮助。

激光雷达的风速和风向测量可以通过所谓的激光多普勒测量来实现。

这种测量技术可以测量出空气中的微小运动，从而得出精确的风速和风向数据，这对于预报风暴、台风等极端天气非常有帮助。

三、天气雷达激光雷达可以用于天气雷达，提高天气预报的准确性。

天气雷达可以探测大气中的云、雨、雪等天气物理量，从而预报天气。

激光雷达可以通过测量反射回来的激光信号来探测云层的高度、密度、温度等参数，以及雨、雪等的降水情况，从而提高天气预报的准确性和可靠性。

四、辐射探测激光雷达可以用来探测大气辐射的强度和分布。

辐射是指太阳的辐射和地球的辐射，它们对大气和地表的温度、湿度、气压、大气成分等都有影响。

激光雷达可以通过测量反射回来的激光信号来探测辐射的强度和分布，从而研究气候变化和气象现象。

这些数据对于温室效应、臭氧层破坏等大气环境问题的研究非常有帮助。

总之，激光雷达在大气环境监测和气象研究中的应用非常广泛，这为人们提供了更加准确和可靠的大气环境数据。

随着激光雷达技术的发展和改进，相信在未来它会有更广阔的应用前景。

大气环境遥感监测激光雷达产品技术浅析1. 激光雷达技术原理及优势激光雷达技术是利用激光束在大气中传播和散射的原理进行监测的。

激光光束发射后，会被空气颗粒、水汽和气体分子等大气成分所散射。

根据物理学原理，散射后的激光束在不同方向上的强度与大气中各种成分的分布有关联，因此可以从散射激光的回波中反演出大气成分的浓度和分布情况。

激光雷达技术具有高精度、高分辨率、实时性强、对大气各层次均有效等优点，可以实现对颗粒物、气态污染物、水汽、温度等大气参数进行准确监测。

此外，激光雷达监测可以利用被测物体的特征频率来实现目标的识别和反演，有效避免了对噪声的干扰和对其他激光雷达目标的误判问题。

2. 激光雷达在大气环境监测中的应用（1）大气颗粒物的监测激光雷达可以通过监测散射物里的颗粒物的分布和数量来实现大气颗粒污染物的监测。

利用激光雷达技术可以方便地实现对大气颗粒污染物的实时监测，并可以对各种颗粒物进行分类。

现在，激光雷达测量颗粒物浓度的单位可以达到每立方厘米数百个颗粒数，因此激光雷达监测技术在大气污染领域的监测和研究有着广泛的应用价值。

（2）水汽成分的监测水汽是大气重要的成分之一，对于了解天气现象和大气中的水文循环有着重要意义。

激光雷达可以通过利用水汽对激光的吸收特征来实现水汽的浓度监测。

激光雷达技术还可以实现对水汽的三维空间分布监测，从而提高了现有的气象监测手段的精度和覆盖范围。

与颗粒物不同，气态物质在大气中的分布和输运较为复杂。

激光雷达可以通过特殊的光学分析手段，实现对气态污染物的监测和分析。

例如，激光雷达可以检测到可燃气体的真空紫外的辐射光谱，从而实现对此类物质的监测。

3. 综合利用激光雷达和其他遥感技术在大气环境监测中，激光雷达技术虽然有着许多独特的优势，但也有着自身的局限性。

例如，激光雷达具有对空间分辨率较高但对时间分辨率较差等特点。

因此，与辐射监测、卫星遥感等其他遥感技术结合使用，可以实现全面、高效的大气污染物监测。

激光雷达技术与其应用综述一、激光雷达的概念激光雷达（LIDAR-Light Detected And Ranging ）是一套复杂的光机系统，它结合了光源、光电探测等技术，有时还包括计算机图象处理技术，能够同时获得方位、俯仰角度、距离、强度等信息，特别适合用于森林结构的估计、城市建设、工业、农业、航空航天等领域[1]。

一个典型的激光雷达结构示意图，如图1所示。

激光雷达是一种主动式遥感探测设备，从工作原理来说，它只是把传统微波雷达的光源变成了激光：向被测目标发射激光信号,然后接收反射回来的信号、并与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息。

激光雷达不同于机器视觉技术，使用的是更为精确的激光光源和光电传感器，而机器视觉多是使用普通相机摄像头探测和CCD 或CMOS 作为图像传感器。

激光雷达可以实现较大测量范围内的3D 立体探测，但易受环境天气因素影响；使用微波（毫米波）雷达的机器视觉探测技术，立体测量范围有限、精度不高，但抗干扰性强、测量距离远。

图 1 典型激光雷达系统结构二、激光雷达的关键技术2. 1 光源技术激光雷达系统中使用的光源，目前主要是CO 2激光器，半导体激光器(LD)和以Nd ：YAG 为主的固体激光器。

较远测程(数百米以上)的二极管激光成像雷达对其辐射源的要求, 一是具有足够高的输出功率, 二是具有足够窄的发射波束。

目前商品化的二极管激光器虽可分别达到10W 的平均功率和衍射极限的波束质量, 但同一器件却难以同时满足这两项要求。

一种可能的途径是采用面发射分布反馈(SEDFB)的二极管激光器阵列和微光学(MOC)准直技术。

一个40 阵列, 采用微透镜组1.3cm ×10cm 孔径, 得到0.5 ～ 0.75mrad 发散度的10W 连续输出功率。

当然, 为了实现这样的准直效果, 必须对微光学系统进行精心设计加工, 使其达到1μm 的绝对准直精度, 采用激光辅助化学腐蚀工艺制造微光学系统, 可以满足这一要求。

| 62 激光雷达成像技术及应用星载大气探测激光雷达发展和数据应用刘 东，王英俭，王志恩，周 军中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气成分与光学重点实验室摘要：大气探测激光雷达向大气发射激光脉冲，使用望远镜接收大气的后向散射光，经过光电探测器的转换，再将电信号采集、数字化和记录，通过相应的反演方法，得到所需要的大气参数，它是集“光、机、电、理”为一体的、定量的光学主动廓线遥感工具。

自上世纪60年代激光器发明以来，激光雷达大气探测技术就迅猛发展，根据激光脉冲与大气不同的作用原理，米散射、拉曼散射、偏振、差分吸收、多普勒、高光谱分辨、共振荧光、白光探测等技术应运而生，用于探测大气气溶胶和云，大气温度、湿度，大气风场，温室和污染气体等，充分应用到气象、气候、灾害、环境、生化和军事等领域。

随着激光技术，光学集机械加工技术和电子学采集技术的发展，大气探测激光雷达的平台也从基地，发展为可移动、船舰载和空基平台。

近20年来，由于空间激光技术和大口径轻质望远镜加工技术的发展，大气探测激光雷达已经可以成为卫星载荷，并且已经成为光学主动遥感载荷的主要发展方向之一。

目前，星载大气激光雷达主要应用于大气气溶胶和云的测量，先后经历了LITE（The lidar In‐space Technology Experiment）、GLAS（Geoscience Laser Altimeter System）和CALIPSO（The Cloud‐Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations）三个阶段。

另外，NASA（National Aeronautics and Space Administration）和ESA（The European Space Agency）都已经开始发展下一代的测量的云和大气气溶胶的高光谱分辨率星载激光雷达，来对云和大气气溶胶进行更准确的定量测量。

激光雷达在大气颗粒物监测中的技术原理与应用激光雷达在大气颗粒物监测中的技术原理与应用，这个话题可真是既专业又有趣，咱们一起来聊聊吧。

激光雷达，简单说就是利用激光发射和接收的技术，测量空气中那些微小的颗粒物。

这可不是随便哪个小玩意儿能做到的，得依赖高科技的力量哦。

想象一下，激光就像是一个超级敏锐的侦探，嗖的一声发出一束光，看看空气中那些“藏身”的颗粒物，瞬间就把它们找出来，真是神乎其神。

它的原理其实就像是回声定位，激光打出去后碰到颗粒物反弹回来，传感器一接收，数据就来了。

真的是不费吹灰之力。

说到应用，那就更广泛了。

现在很多地方都用激光雷达来监测空气质量，比如城市的环保部门、气象站，甚至一些科研机构都在使用。

这不仅仅是为了检测灰尘、烟雾，还能帮助我们了解大气的变化，预报天气，简直是太厉害了。

就像在一场大雨来临之前，激光雷达能提前发出警报，让大家可以提前做好准备。

再想想，如果没有这些监测，咱们每天呼吸的空气里潜藏着多少危险，那可是让人毛骨悚然的事情。

激光雷达的好处可不止于此哦。

它的检测速度超级快，几乎是秒杀传统的监测方法。

想象一下，以前得花上几小时去收集数据，现在只需要短短几分钟，简直就是科技的飞跃。

这种技术还能实现远程监测，哪怕是在高空飞行的无人机上都能轻松搭载，真是让人佩服得五体投地。

它能在各种气象条件下工作，不怕风吹雨打，真是个不怕麻烦的小强。

激光雷达也不是万能的，它有自己的局限性。

有些情况下，空气中的水汽、云层等也会影响激光的传播和测量效果，导致数据不太准确。

但这并不妨碍它在环境监测中的重要性，咱们得正视它的优势，逐步完善技术。

谁说科技就一定是一帆风顺的呢，前路有挑战，但这也正是进步的动力。

在城市化快速发展的今天，空气质量问题愈发突出。

雾霾、污染成了大家的心头大患，激光雷达的出现无疑给了我们一线曙光。

想象一下，如果每个城市都能实时监测空气质量，大家的生活会变得多么美好啊。

每个人都能呼吸到清新的空气，不再担心那些看不见的敌人。

激光雷达在大气探测中的应用浅析摘要:激光雷达具有波束定向性强、探测波长短、能量密度高等特点,在大气探测中能够发挥空间分辨率高、探测灵敏度高等优点。

文章分析了激光雷达大气探测的基本原理,介绍了激光雷达的类型,探讨了激光雷达在大气探测中的具体应用,并提出一些观点以供参考。

关键词:激光雷达大气探测散射激光具有方向性、单色性、相干性、高亮度、高能量、高功能等特点。

激光雷达充分利用了激光的性能,将微弱信号探测技术、光学技术、激光技术集于一体,是一种先进的光学探测手段。

近年来,激光雷达广泛应用于陆地、海洋、大气高精度遥感探测中。

在大气探测中,激光雷达主要用于探测污染环境气体、大气成分、大气密度、大气温度等。

1 激光雷达大气探测的基本原理激光雷达的工作原理和普通雷达的工作原理相似,发射系统发出信号、接受系统收集、处理该信号和目标作用后的返回信号,从而获得工作需要的信息。

然而不同点在于,普通雷达所发射的信号是毫米波,而激光雷达所发射的信号是激光束,激光束的波长比毫米波的波长短。

普通的无线电雷达因为波长过长,所以难以探测微粒型或小型目标;而激光雷达的激光波长可以控制在微米量级,所以激光雷达能够较好地探测微粒型或小型目标。

激光雷达在大气探测中的应用的基础为大气中的气溶胶粒子、分子、原子和光辐射之间的相互作用。

主要的物理过程表现为米散射、瑞利散射、拉曼散射、荧光散射以及共振色散等。

米散射是由和激光波长相当的气溶胶粒子所引发的散射现象,其入射激光波长和散射谱的中心波长相同,入射激光谱宽和散射谱的谱宽接近。

米散射可以用于探测大气气溶胶。

瑞利散射是由小于激光波长的散射体粒子的原子或分子所引发的散射现象,其入射激光波长也和散射谱的中心波长相同,大气温度变化影响着入射激光谱宽。

瑞利散射可以用于测量大气分子密度、大气温度等参赛。

拉曼散射一般可以分为振动拉曼散射和转动拉曼散射,是由大气原子或分子所引发的一种非弹性散射,在各种散射机理中拉曼散射的散射截面最小,需要高效率的检测和分光系统,由于拉曼散射的散射机理较为特殊,可以用于大气成分、大气温度、水蒸气密度的探测。

激光雷达技术在大气环境监测中的应用激光雷达具有波长短、方向性强、单色性好、抗干扰性高和体积小等特点，在应用中呈现出了较高的探测灵敏度、空间分辨率和抗干扰能力。

自20世纪60 年代问世以来，激光雷达技术得到了飞速发展和广泛的应用，其应用涉及到城市规划、农业开发、水利工程、土地利用、环境监测、资源勘探、交通通讯、防震减灾及国家重点建设项目等方面，为国民经济、科学研究和军事工程等各个领域提供了极为重要的原始资料，特别是在大气环境监测方面发挥了重要作用。

检测的实时数据为研究气候变化、天气预报和自然灾害预报，建立正确的大气模型提供了有力依据。

标签：激光雷达;大气环境;监测1 激光雷达的构成及分类激光雷达是传统的雷达技术与现代激光技术相结合的产物，其工作在红外和可见光波段。

由激光发射系统、光学接收系统、转台和信息处理系统等组成，激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接收系统再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲，送到显示器。

激光雷达的作用是能精确测量目标位置（距离和角度）、运动状态（速度、振动和姿态）和形状，探测、识别、分辨和跟踪目标。

2 激光雷达在大气环境监测方面的应用2.1 气溶胶及颗粒物的探测气溶胶是由固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系。

气溶胶通过吸收和散射太阳辐射以及地球的长波辐射影响着地球—大气系统的辐射收支，它作为凝结核参与云的形成，从而对局地、区域乃至全球的气候有重要的影响，尽管其在大气中的含量很低，但气溶胶和云对气候变化的影响还是很大的。

对气气溶胶进行探测使用的技术为Mie 散射相关探测技术，应用该技术的激光探测雷达称为Mie 散射激光雷达。

Mie 散射是由大气中粒径较大的悬浮物引起的激光波长不发生变化的弹性散射。

激光发射器向大气发射偏正脉冲光，被传输路径上的空气分子、气溶胶或云散射，其后向散射光被接收望远镜接收，再进行适当的信号处理后得到整个大气回波信号，从而反演出大气气溶胶消光系数垂直廓线和时间演变等特征。

《星载大气探测激光雷达发展与展望》篇一一、引言随着科技的不断进步，星载大气探测激光雷达（简称大气激光雷达）在地球科学、气候研究、大气污染监测等领域的应用越来越广泛。

大气激光雷达以其高精度、高分辨率的探测能力，为大气环境监测和气候预测提供了重要手段。

本文将介绍星载大气探测激光雷达的发展历程、现状以及未来展望。

二、星载大气探测激光雷达的发展历程1. 初期研究与发展大气激光雷达的初期研究始于20世纪70年代，当时主要应用于地面大气探测。

随着技术的不断发展，研究人员开始尝试将激光雷达技术应用于卫星遥感领域，以实现对大气的远程探测。

2. 技术突破与卫星搭载进入21世纪，随着激光技术和卫星技术的不断发展，星载大气探测激光雷达技术取得了重大突破。

多个国家开始将大气激光雷达搭载在卫星上，实现对大气的全天候、全天时监测。

3. 多种类型激光雷达的研发随着应用需求的不断增加，多种类型的星载大气探测激光雷达被研发出来。

例如，差分吸收激光雷达（DIAL）和拉曼激光雷达等，它们在探测大气成分、气溶胶、云和降水等方面具有独特优势。

三、星载大气探测激光雷达的现状1. 技术成熟度目前，星载大气探测激光雷达技术已经相对成熟，多个国家已经成功将大气激光雷达搭载在卫星上，并实现了对大气的实时监测。

2. 应用领域星载大气探测激光雷达在地球科学、气候研究、大气污染监测等领域得到了广泛应用。

例如，它可以用于监测大气中的气溶胶、云和降水等成分，为气候变化研究和天气预报提供重要数据支持。

3. 发展趋势随着技术的不断发展，星载大气探测激光雷达的分辨率和精度不断提高，其在全球气候变化监测、大气污染防治等领域的应用前景广阔。

四、星载大气探测激光雷达的未来展望1. 技术创新与突破未来，随着技术的不断创新和突破，星载大气探测激光雷达的探测能力将进一步增强。

例如，研究人员将继续优化激光雷达的光源、接收器和数据处理算法，提高其探测精度和分辨率。

同时，新型的星载大气探测技术也将不断涌现，如量子级联激光雷达等。

大气中气溶胶激光雷达探测技术研究气溶胶是大气中的悬浮物质，由颗粒物、液滴、固体烟尘等组成。

气溶胶对大气环境和气候变化有着重要的影响。

在气溶胶研究中，激光雷达技术被广泛应用于气溶胶的探测和监测。

大气中的气溶胶粒子非常微小，直径一般在几纳米到几十微米之间，使得粒子的监测变得困难。

传统的气溶胶监测方法主要包括采样与化学分析、遥感监测和地面光学仪器观测等。

然而，这些方法均存在着采样时间长、操作复杂、成本高昂等问题。

激光雷达技术的应用可以克服传统气溶胶监测方法的不足之处。

激光雷达利用激光束在大气中传输，当激光束遇到气溶胶粒子时，会发生散射现象。

通过探测散射光的强度和方向，可以得到气溶胶粒子的属性信息，如粒子的浓度、粒径分布、形状等。

大气中气溶胶激光雷达探测技术的研究主要包括探测器设计、数据处理和气溶胶反演等方面。

探测器设计是激光雷达技术研究的关键环节之一。

探测器的优化设计可以提高激光雷达的灵敏度和分辨率，使其能够更好地探测气溶胶粒子的属性。

此外，数据处理也是激光雷达技术的重要组成部分。

通过有效的数据处理算法，可以提取出气溶胶散射光的特征，并将其转化为气溶胶的属性信息。

气溶胶反演是激光雷达技术研究的核心内容之一。

通过对散射光的特征进行反演，可以得到气溶胶的浓度、粒径分布等重要参数。

在大气中气溶胶激光雷达探测技术的应用研究中，目前存在一些挑战需要克服。

首先，由于气溶胶粒子的复杂性质，如不均匀分布、光学特性的变化等，激光雷达技术对气溶胶的探测存在一定的误差。

其次，由于大气条件的变化，如湿度、温度等因素的影响，也会对激光雷达技术的探测结果产生一定的干扰。

此外，气溶胶激光雷达探测技术在细粒子的监测上还有待进一步提高。

为了克服这些挑战，研究人员正在不断努力改进气溶胶激光雷达探测技术。

一方面，他们致力于优化激光雷达的探测器设计，提高雷达的探测灵敏度和分辨率。

另一方面，他们也在研究和发展新的数据处理算法，提高激光雷达对气溶胶属性信息的提取能力。

激光雷达的现状与发展趋势作者：杨栋来源：《中国信息化·学术版》2012年第12期【摘要】文章主要简述了激光雷达的现状及其在军事、气象、测风、医学、水土保持等方面的广泛应用，进而分析阐述了激光雷达的发展趋势。

【关键词】激光雷达；发展趋势；应用；星载激光雷达【中图分类号】TN958.98【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2012）12-0025-01引言激光雷达是一种可以精确、快速获取地面或大气三维空间信息的主动探测技术，应用范围和发展前景十分广阔。

以往的传感器只能获取目标的空间平面信息，需要通过同轨、异轨重叠成像等技术来获取三维高程信息，这些方法与LiDAR技术相比，不但测距精度低，数据处理也比较复杂。

正因为如此，LiDAR技术与成像光谱、合成孔径雷达一起被列为对地观测系统计划中最核心的信息获取与处理技术。

激光雷达是将激光技术、高速信息处理技术、计算机技术等高新技术相结合的产物。

一、激光雷达的工作原理激光雷达是一种雷达系统，是一种主动传感器，所形成的数据是点云形式。

其工作光谱段在红外到紫外之间，主要发射机、接收机、测量控制和电源组成。

工作原理为：首先向被测目标发射一束激光，然后测量反射或散射信号到达发射机的时间、信号强弱程度和频率变化等参数，从而确定被测目标的距离、运动速度以及方位。

除此之外，还可以测出大气中肉眼看不到的微粒的动态等情况。

激光雷达的作用就是精确测量目标的位置（距离与角度）、形状（大小）及状态（速度、姿态），从而达到探测、识别、跟踪目标的目的。

二、激光雷达的现状及应用激光技术从它的问世到现在，虽然时间不长，但是由于它有：高亮度性、高方向性、高单色性和高相干性等几个极有价值的特点，因而在国防军事、工农业生产、医学卫生和科学研究等方面都有广泛的应用。

LiDAR技术在西方国家发展相对成熟，已经投入商业运行的激光雷达系统（主要指机载）主要有Optech（加拿大）、TopSys（法国）和Leica（美国）等公司的产品。

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¨； 旧 科学 院 海 光 学精 密饥 饿 研 究 所 卜海 ｆ ｆ 『 伞 同 态激 光 器 用技 术 雨 点 实验 审 ， 海 ２ ０ ｌ ８ （ ） （ ） ）
摘 要 ：星裁积分 路径差分 吸收 （ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ Ｐ ａ ｔ ｈ Ｄ ｉ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ Ａ ｂ ｓ ｏ ｒ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｉ Ｐ Ｄ Ａ ） 激光 雷达 足一种有效 的高精度 （ １ ｐ ｐ ｍ） 全球 Ｃ Ｏ 。 柱线浓度 测量手段。结合其基本 工作原 理分 析 了
ｕ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｌｉ ｄ ａ ｒ ｓ ｕ ｃ ｈ ａ ｓ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｉ ｆ ＇ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ， ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｂ ａ ｎｄ ｗｉ ｄ ｔ ｈ ａ ｎｄ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｓ ｐｅ ｃ ｔ ｒ ａ ｌ ｐ ｕ ｒ ｉ ｔ ｙ ａ ｒ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ． Ｔｈ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ｅ ｄ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｒ ｅ ｇ ｉ ｖ ｅ ｎ．Ｔｈ ｅ ｗａ ｙ ｔ ｏ ｅ ｍｉ ｔ ｄｕ ａ ｌ — ｗａ ｖ ｅ ｌ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ Ｉ ＰＤＡ ｌ ｉ ｄ ａ ｒ ｉ ｓ ｓ ｔ ｕ ｄｉ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓ ｖ ｅ ｒ ｉ ｉ ｆ ｅ ｄ ｅ ｘ ｐｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｉ ｓ ｇ ｉ ｖ ｅ ｎ．Ｔｈ ｅ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｏ ｕ ｔ ｐ ｕ ｔ ｗｉ ｔ ｈ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｇ ｒ ｅ ａ ｔ ｅ ｒ ｔ ｈａ ｎ ５ ０ ｍＪ ａ ｔ ｔ ｈｅ ｗａ ｖ ｅ ｌ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｏ ｆ １ ． ５ ７ ２ ｕ ｎ １ ｉ ｓ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ．

激光雷达工作原理与气象探测王　保　成(江苏徐州空军后勤学院　徐州　221000)张　卫　华(民航徐州导航站　江苏　221000) 激光是20世纪60年代出现的最重大科学技术成就之一。

它的出现深化了人们对光的认识,扩大了光为人类服务的天地。

激光技术从它的问世到现在,虽然时间不长,但是由于它有着几个极有价值的特点:高亮度性、高方向性、高单色性和高相干性,因而无论在国防军事、工农业生产、医学卫生和科学研究等方面都有广泛的应用。

激光雷达是将激光技术、高速信息处理技术和计算机技术等尖端技术相结合的产物。

一、激光雷达的工作原理激光雷达主要由发射、接收、测量控制和电源4部分组成。

其工作原理是,激光雷达先向目标方向发射激光探测信号,光标碰到信号后被反射回来形成回波。

由于回波经历的时间等参数恰好反映了接近目标的情况和运动状态的变化,所以通过测量回波信号的到达时间、频率变化和波束所指方向等,就可以确定目标的距离、方位和速度等。

二、激光雷达在气象探测方面的应用由于激光雷达具有识别能力强、测量精度高、抗干扰性能好、盲区小、反应快等优点,因而被广泛用于探测湿、温、风、压等基本参数,并实现了对那些威胁飞行安全的能见度、低云等疑难参数的遥测,所以在气象探测领域有着广泛的应用。

1.在测云方面的应用测云是激光最早的应用之一。

用激光可以探测云底高、云厚和云的层次,这对天气分析和航空飞行均有实际意义。

激光测云的优点是测量精度不随高度而变,精度一般可控制在10米以内。

法集中,情绪上恐惧不安,还会引起头痛、恶心、晕眩;严重时使人神经错乱,癫狂不止,休克昏厥,丧失思维能力。

当次声波频率和人体内脏器官的固有频率(4Hz —18Hz )相当时,将会使人的五脏六腑产生强烈共振,轻者肌肉痉挛、全身颤抖、呼吸困难;重者血管破裂、内脏损伤,基层迅速死亡。

1968年的一天傍晚,一些正在田间操作和使用晚餐的法国农民突然失去知觉;几十秒以后就死亡了。

究其原因是16千米外马赛附近的法国国防部次声试验所正在进行次声武器试验,由于不慎将次声波泄漏了出去。

利用激光雷达探测阴霾天气大气边界层高度引言阴霾天气是指由大气中悬浮颗粒物和气体混合物组成的气象现象，对人类的健康和环境产生了严峻影响。

而大气边界层高度的准确测量是阴霾天气预报和治理的基础。

传统的测量手段受制于地面气象站点的局限性，无法遮盖宽广的区域。

然而，激光雷达技术的出现为我们提供了一种新的解决方案。

本文将重点谈论的原理、方法和应用。

一、激光雷达技术简介激光雷达是一种利用激光束与大气中的物质互相作用原理来测量目标距离和属性的光电设备。

它具有高区分率、长探测距离、快速响应等特点，被广泛应用于气象、遥感、环境监测等领域。

其中，利用激光雷达测量大气边界层高度已成为一种常见的方法。

二、大气边界层高度的观点与意义大气边界层是大气圈中与地表直接接触的一层，其高度通常在几百米到几千米之间。

边界层的高度决定了污染物的扩散和滞留，阴霾天气的生成和扩散与大气边界层高度干系密切。

因此，准确测量大气边界层高度对于阴霾天气预报和治理至关重要。

三、利用激光雷达测量大气边界层高度的原理利用激光雷达测量大气边界层高度的原理基于激光束在大气中的散射与吸纳过程。

激光束经过大气层时，会与颗粒物和气体分子互相作用，散射出来的光线会被接收器接收，并进行信号处理。

通过分析接收到的散射信号，可以确定大气边界层的高度位置。

四、利用激光雷达测量大气边界层高度的方法1. 激光光谱分析法：通过对接收到的散射光信号进行频谱分析，利用相应的模型计算并确定大气边界层的高度。

2. 激光飞行时间法：通过测量激光束在大气中传播所需的时间，推算出大气边界层的高度。

3. 激光散射法：通过对接收到的散射光信号进行强度、相位等特性的分析，来确定大气边界层的高度位置。

五、利用激光雷达测量大气边界层高度的应用1. 阴霾天气预报：通过实时监测大气边界层高度的变化，可以提前预警阴霾天气，援助人们做好控制污染物排放，缩减空气污染的措施。

2. 阴霾治理：通过监测大气边界层高度，可以确定阴霾形成和传播的机理，为制定有效的阴霾治理政策提供科学依据。

如何提高雷达系统在大气探测业务运行监控平台上的运行效能田程;倪雷;周枫
【期刊名称】《贵州气象》
【年(卷),期】2010(34)6
【摘要】通过C#编程实现以下功能:提醒雷达探测员正确地填写大气探测业务运行监控平台;实时监控雷达状态和报警文件是否上传成功;实时监控本站雷达在大气探测业务运行监控平台网站上的状态.利用这些技术手段提高雷达系统在大气探测业务运行监控平台上的运行效能.
【总页数】3页(P35-37)
【作者】田程;倪雷;周枫
【作者单位】贵州省贵阳市气象局,贵州,贵阳,550002;贵州省贵阳市气象局,贵州,贵阳,550002;贵州省大气探测技术与保障中心,贵州,贵阳,550002
【正文语种】中文
【中图分类】P406
【相关文献】
1.大气探测激光雷达光学接收系统准直镜设计 [J], 李菁文;赵一鸣;刘波;李凉海;于勇
2.经济系统运行效能定量研究的新进展--评《经济系统运行效能研究--经济运行的势分析方法》 [J], 王乃静
3.基于J2EE架构的大气探测设备运行监控系统设计 [J], 孟珍;张世昌;黄增林
4.毕节新一代天气雷达业务运行监控系统简介 [J], 聂祥;郑明会;蒙陈;祝亚
5.大气探测激光雷达网络和星载激光雷达技术综述 [J], 田晓敏;刘东;徐继伟;王珍珠;王邦新;吴德成;钟志庆;谢晨波;王英俭
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星载激光雷达的应用姓名学号学院北京市海淀区学院路37号北京航空航天大学100191*E-mail:摘要激光雷达在现代社会上多个领域都有着广泛的应用，星载激光雷达便是其中之一。

星载激光雷达在航天领域中有着广泛的应用。

本文简单介绍了激光雷达的发展与原理，星载激光雷达在各个领域中的广泛应用，及我国星载激光雷达技术的发展现状和必要性。

关键词星载激光雷达领域应用激光雷达技术是一门新兴技术，在地球科学领域及行星科学领域有着广泛应用。

随着这一技术在相关行业的深入开展，它越来越被世界各国的人们所熟知，并被大力推广、研发和应用，成为当今较为热门的现代量测技术。

激光雷达技术按不同的载体可分为星载、机载、车载及固定式激光雷达系统。

其中星载及机载激光雷达系统结合卫星定位、惯性导航、摄影及遥感技术，可进行大范围数字地表模型数据的获取；车载系统可用于道路，桥梁，隧道及大型建筑物表面三维数据的获取；固定式激光雷达系统常用于小范围区域精确扫描测量及三维模型数据的获取。

总之，激光雷达技术的出现，为空间信息的获取提供了全新的技术手段，使得空间信息获取的自动化程度更高，效率更明显。

这一技术的发展也给传统测量技术带来革命性的挑战。

1 激光雷达技术的发展历程国外激光雷达技术的研发起步较早，早在20世纪60年代年代，人们就开始进行激光测距试验；70年代美国的阿波罗登月计划中就应用了激光测高技术；80年代，激光雷达技术得到了迅速发展，研制出了精度可靠的激光雷达测量传感器，利用它可获取星球表面高分辨率的地理信息。

到了21世纪，针对激光雷达技术的研究及科研成果层出不穷，极大地推动了激光雷达技术的发展，随着扫描，摄影、卫星定位及惯性导航系统的集成，利用不同的载体及多传感器的融合，直接获取星球表面三维点云数据，从而获得数字表面模型DSM，数字高程模型DEM，数字正射影像DOM及数字线画图DLG等，实现了激光雷达三维影像数据获得技术的突破。

使得雷达技术得到了空前发展。

多普勒激光雷达与大气探测多普勒激光雷达（Doppler lidar）是一种利用激光光束探测物体运动状态的仪器。

它的应用范围很广，包括气象、环境、动力学等领域。

其中，在大气探测中，多普勒激光雷达具有非常重要的作用。

本文将详细介绍多普勒激光雷达在大气探测中的原理、应用及未来发展方向。

一、多普勒激光雷达原理多普勒激光雷达的原理是利用激光束发射出去，并经由被探测物体反射回来的光信号，通过测量反射回来的信号的频率偏移来确定物体运动速度。

当被探测物体向多普勒激光雷达发射器运动时，反射回来的光波的频率增加；当被探测物体与多普勒激光雷达发射器远离时，反射回来的光波的频率减少。

通过测量这种频率偏移，可以确定物体运动状态。

二、多普勒激光雷达在大气探测中的应用在大气探测中，多普勒激光雷达主要用于探测空中气体的运动状态。

根据多普勒效应原理，当激光束与空气分子相互作用时，会发生反射和散射。

通过探测反射和散射光波的频率偏移，可以确定空气分子的运动状态，包括速度、方向和时间等信息。

多普勒激光雷达在大气探测中的应用包括下列几个方面：1.气象学在气象学中，多普勒激光雷达被用于探测天空中的水滴、冰晶、降雪以及风向、风速等信息。

通过探测气体运动状态的变化，可以实现温度、湿度、气压等气象因素的实时测量。

多普勒激光雷达还可用于雷暴监测，通过探测云中闪电发生的时间和地点，可以及时预警雷电等灾害性天气。

2.卫星遥感多普勒激光雷达也可用于卫星遥感，通过对大气运动状态的探测，可以获取大气折射率数据，进而提取出高程、材质如何和建筑等信息。

3.环境监测多普勒激光雷达还可用于环境监测，比如监测空气中的颗粒物、沙尘和烟雾等。

通过多普勒激光雷达探测到的反射光信号，可以确定颗粒物的速度和分布，从而实现大气污染和气溶胶浓度等数据的实时监测。

三、未来多普勒激光雷达的发展方向随着科技的发展，多普勒激光雷达也在不断地加强技术创新，未来的发展方向主要有以下几个：1.提高探测精度当前多普勒激光雷达的精度还有一定的提升空间。

航空激光雷达的测量技术详解激光雷达作为一种高精度测量技术，被广泛应用于航空领域。

它利用激光束的发射和接收原理，测量目标物体的距离、速度以及其它相关信息，具有高分辨率、远距离测量和良好的抗干扰能力等特点。

本文将详细探讨航空激光雷达的测量技术。

首先，航空激光雷达的测量原理主要基于激光脉冲回波的时间差。

激光雷达发射脉冲激光束，经过一定的距离后被目标物体散射，并返回激光雷达接收器。

通过测量发射和接收的时间差，即激光脉冲的往返时间，就可以计算出目标物体与激光雷达的距离。

这种测量原理可以实现对目标物体在各方向上的三维坐标测量。

在航空激光雷达的测量过程中，需要考虑到大气环境对激光束传输的影响。

大气中的水汽和颗粒物会散射和吸收激光束，造成测量误差。

因此，航空激光雷达通常会通过校正算法来减小大气散射的影响。

校正算法可以利用气象数据和回波信号的特征参数来推算出大气散射的影响，并进行相应的修正，提高测量的精度和可靠性。

另外，航空激光雷达的测量精度也与雷达的扫描方式有关。

航空激光雷达通常采用机械式或电子式扫描方式。

机械式扫描方式通过机械装置旋转或摆动激光发射器和接收器，实现对目标物体的全方位测量。

电子式扫描方式则依靠电子扫描器的调控来实现对目标物体的测量。

电子式扫描方式具有扫描速度快、机械部件少等优点，但对于大范围的测量需要较高的设备要求。

不论采用何种方式，航空激光雷达的扫描方式都会直接影响到测量的效果和精度。

航空激光雷达在应用中需要解决一些挑战。

首先是目标物体的探测和识别问题。

航空激光雷达通常在飞机上安装，对地面、建筑和植被等目标物体进行测量。

这些目标物体的形状、颜色和纹理各不相同，因此需要通过图像和信号处理算法来对目标物体进行探测和识别。

其次是对目标物体的精确测量问题。

由于目标物体的形状和姿态可能多变，同时航空激光雷达受到地形和建筑物等因素的干扰，因此对目标物体的精确测量需要利用滤波算法和建模技术来分析和处理激光回波信号。