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大功率孔径积激光雷达数据校正有新方法

时间:2020-12-26 来源:计量校准点击:次

大功率孔径积激光雷达数据校正有新方法

　　在大功率孔径积激光雷达的探测中，强大气后向散射信号引起的脉冲积累效应和强光致噪声是导致激光雷达回波信号非线性失真和干扰原始数据反演大气参数精度的主要因素。特别是对于高空金属层荧光激光雷达，为了研究金属层(80~150km)的变化特性和精细结构，往往采用高量子效率的光电倍增管(PMT)和光子计数方式来保证金属层探测的高噪声比，使得脉冲堆积(Pulse Pile)和SIN引起的非线性失真更加明显，与反演所需的大动态范围的线性信号相矛盾。目前国际上的解决方案主要有多通道信号拼接、安装机械斩波器等。

　　为了克服高空强钠荧光信号的非线性失真，基于子午工程激光雷达的实际观测经验，作者提出了一种比上述方法更有效、更简单的方法：他们设计了一种新型模块化高精度光电探测器响应特性检测系统，保证了实验数据应用于实际激光雷达数据校正的可移植性；提出了一种新的校正脉冲积累效应的方法，建立了正弦信号的精细结构推导模型。首次详细评估了正弦扰动和脉冲堆积效应对子午工程激光雷达信号的影响。校正后的数据将瑞利原始信号的有限线性范围(55-80公里)扩展到20-80公里。将修正后的数据与TIMED卫星和大气模型反演的大气密度和温度廓线进行比较，发现平流层大气密度误差小于5%，30公里至65公里的温度误差小于10K。值得注意的是，钠层密度峰值修正后增加了30%左右。

　　仪器校准借助于这种实验设计和方法，恢复了未被探测系统失真的真实大气回波信号。作者在保证大的动态线性范围(20-110km)和保证钠层信号的高信噪比之间，在不降低PMT量子效率的情况下，达到了一个新的突破点：即使在一个探测通道中，研究人员也可以尽可能选择效率和灵敏度更高的PMT，进一步探索探测高度，为研究金属层更精细的特征和发现更多未知现象提供了可能。这项工作得到了运行经验审查人员的高度赞扬。