瑞利-米散射激光雷达的系统设计及仿真计算

大气与环境光学学报 ›› 2013, Vol. 8 ›› Issue (4): 306-313.

瑞利-米散射激光雷达的系统设计及仿真计算

江榕宏，何兴道，吴涛，丁文超，冯静

（南昌航空大学无损检测重点实验室，江西南昌，330063）

收稿日期:2013-03-07 修回日期:2013-03-20 出版日期:2013-07-28 发布日期:2013-07-16
通讯作者: 何兴道（1963-），男，教授，博士学位，主要研究方向是激光布里渊散射. E-mail:xingdaohe@126.com
作者简介:江榕宏（1985-），男，汉族，广东揭阳人，研究生，主要研究大气光散射和激光雷达。
基金资助:
国家自然科学基金面上项目（61177096), 江西省自然科学基金青年科学基金项目（20114BAB212008）资助

Rayleigh - Mie Lidar System Design and Simulation

JIANG Rong-hong, HE Xing-dao, WU Tao, DING Wen-Chao, FENG Jing

(Key Laboratory of Nondestructive Testing, Nanchang Hangkong University, Nanchang 330063, China）

Received:2013-03-07 Revised:2013-03-20 Published:2013-07-28 Online:2013-07-16

摘要/Abstract

摘要：

设计了一台探测大气温度和气溶胶的瑞利-米散射激光雷达。对不同参数的大气后向散射回波信号信噪比进行了数值仿真计算，讨论了激光脉冲能量、发射的激光脉冲数、望远镜口径、空间分辨距离以及窄带干涉滤光片的带宽和透过率对激光雷达回波信号信噪比的影响。根据仿真结果，设计的激光雷达在白天时，气溶胶的米散射信号采用1 nm带宽的干涉滤光片时探测高度最高，达到了10.6 km；中层大气温度的瑞利散射信号采用0.2 nm带宽的干涉滤光片时探测高度最高，达到了47.1 km。

关键词: 激光雷达, 窄带滤光片, 仿真计算, 信噪比

Abstract:

A Rayleigh-Mie lidar used for detecting atmosphere temperature and aerosol is designed. The signal-to-noise ratio of the atmospheric backscattering signal was numerical simulationed. Effects of the laser pulse energy, the number of laser pulses emitted, telescope aperture, the resolution of the spatial distance, and narrow-band interference filter bandwidth and transmittance on the lidar signal-to-noise ratio were discussed. According to the simulation results, when the lidar runs during the daytime, the maximum detection height of aerosol is up to 10.6 km with the Mie scattering signal using a interference filter bandwidth of 1 nm. The maximum detection height of middle atmospheric temperature is up to 47.1 km with the Rayleigh scattering signal using a interference filter bandwidth of 0.2 nm.

Key words: lidar; narrow-band filter; simulation; signal-to-noise ratio

中图分类号:

P412.25

江榕宏何兴道吴涛丁文超冯静. 瑞利-米散射激光雷达的系统设计及仿真计算[J]. 大气与环境光学学报, 2013, 8(4): 306-313.

JIANG Rong-Hong, HE Xing-Dao, WU Tao, DING Wen-Chao, FENG Jing. Rayleigh - Mie Lidar System Design and Simulation[J]. Journal of Atmospheric and Environmental Optics, 2013, 8(4): 306-313.

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