摘要：设计和构建了发射波长为355 nm和532 nm的户外型全天时激光雷达系统,用于探测大气气溶胶和水汽。运用355 nm和532 nm的米散射、532 nm的偏振、氮气和水汽分子的拉曼激光雷达技术,用于对边界层结构、对流层气溶胶和云光学特性及其形态、水汽混合比进行连续探测研究。该系统结构紧凑,运输方便,具备远程操作、数据传输、一键式启动等功能。利用该系统对大气气溶胶和水汽进行探测,探测结果表明:在大气气溶胶的探测过程中,在重污染条件下混合层高度较干净天低,在0.5 km以下,而干净天在1 km左右;通过对消光系数、Angstrom指数和退偏振比分析可知,重污染条件下,底层大气气溶胶以球形粗粒子污染物为主,干净天底层大气气溶胶以球形细粒子污染物为主;在云层中,Angstrom指数明显减小,且出现负值,说明云粒子半径较大。在水汽探测过程中,采用自标定方法获得系统的标定常数为121,与已标定的激光雷达系统对比,误差在±0.3 g/kg以内;连续探测结果表明可对夜晚5 km及白天混合层以内进行探测。该系统满足产品化的需求,可广泛运用于大气环境的监测领域中。

摘要：以北京市2015年1月11-17日发生的连续灰霾污染过程为例,采用地基和星载激光雷达联合观测,反演得到气溶胶的垂直分布特征。由MODIS卫星遥感数据和HYSPLIT后向轨迹模式分析得出污染来源和传输路径,结合地面空气质量和气象观测数据揭示了本次污染的成因。结果发现,根据激光雷达数据反演的近地面气溶胶消光系数与地面PM2.5浓度变化总体较为一致,而气溶胶边界层高度与PM2.5浓度呈相反变化趋势,且最低边界层高度为500 m。污染期间为小风高湿天气,地面平均风速和相对湿度分别为1.35 m/s和66%,连续多日逆温层的出现抑制了污染物在垂向空间的扩散传输,逆温强度高达5℃,这两方面因素导致污染物的持续积累,最终,在16日凌晨,PM2.5浓度达到448μg/m^(3)。污染最后在16日偏南风的作用下得以解除,PM2.5浓度的下降速度达到82μg/(m^(3)·h)。观测期间,PM2.5与NO_(2)、CO的相关系数分别为0.766和0.901,呈显著正相关,可见NO_(2)等气态前体污染物转化而来的二次气溶胶是霾的重要来源。综合分析表明,本次污染以灰霾为主,由区域传输和局地排放的气溶胶叠加、累积而成,河北南部及河南、山西等地的污染物随高空气团传输到北京地区,与本地排放的污染气溶胶混合在一起,导致污染加重。

摘要：大气CO2卫星遥感监测的关键在于高精度,而植物叶绿素荧光存在与大气散射相似的光谱特征,干扰大气散射相关参数的反演结果,从而影响CO2的反演精度。因植物叶绿素荧光强度微弱且影响特征与大气散射高度相关而难以准确校正。鉴于现有大气CO2卫星遥感精度不足,以及植物叶绿素荧光对大气CO2反演存在不可忽视的影响程度和复杂性,设计了O2-A、1.6和2.06μm CO2三个光谱带协同的参数化校正方法。首先通过对大气散射采取基于光子路径长度概率密度函数(PPDF)的参数化建模,降低叶绿素荧光与大气散射参数的光谱相关性;其次,针对叶绿素荧光强度弱,难以准确反演的问题,基于轨道碳观测器(OCO-2)的叶绿素荧光产品构建了5km分辨率的全球叶绿素荧光先验信息库,增强CO2与叶绿素荧光同步反演中对叶绿素荧光的先验约束,提高叶绿素荧光的反演精度。通过O2-A、1.6和2.06μm CO2三个光谱带的协同同时反演大气散射、叶绿素荧光和大气CO2,并结合叶绿素荧光丰富的先验信息,能够较准确剥离大气散射和叶绿素荧光而提高大气CO2的反演精度。选择叶绿素荧光强度明显较高的柱总碳观测网络(TCCON)中的Park Falls(45.945°N,90.273°W)站点开展验证,对该站点近4年每年8月份的温室气体观测卫星(GOSAT)数据进行反演,发现植被叶绿素荧光导致GOSAT XCO2反演结果系统偏低2×10^-6(ppm)左右,通过本文的方法进行校正,反演结果的低估程度有明显改善,最大低估由2.58 ppm降低到1.49 ppm,且离散程度也有一定程度的改善,明显控制了CO2反演中叶绿素荧光的影响,对于实现1%(~4 ppm)的CO2反演精度来说,提供了有力支撑。

摘要：多普勒测风激光雷达通过分析系统回波信号的多普勒频移反演出风速,为提高风场探测精度,从稳频技术方面展开研究。在稳频过程中,分别采取措施消除激光频率的长期漂移和短期抖动。针对激光频率的长期漂移,设计并研制了种子激光器温控箱,通过水浴的控温方式大大减小了激光频率的长期漂移,将激光频率稳定在±50 MHz以内;针对激光频率的短期抖动,采用以碘分子吸收池为核心器件的稳频系统,通过半导体控温方式对碘分子吸收池精确控温,控温精度达0.03℃,提高了稳频精度,将激光频率进一步稳定在±8 MHz以内,满足±10 MHz以内的设计精度要求。通过搭建多普勒测风激光雷达系统,对发射激光稳频装置进行系统验证,连续4组风场观测结果表明:系统探测高度为17 km,绝大部分方差在4 m/s以下,满足测风激光雷达测量指标的要求。

摘要：气溶胶辐射强迫效应主要通过气溶胶与辐射相互作用(aerosol-radiation interaction,ARI)和气溶胶与云相互作用(aerosol-cloud interaction,ACI)两种途径来影响地球辐射收支平衡,联合国气候变化政府间专家委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC)在第五次报告指出,气溶胶与云的相互作用是最主要的不确定性辐射强迫因子之一。在云–气溶胶全球探测领域中,星载云–气溶胶遥感雷达的探测能力与发展方向对研究者们研究全球云–气溶胶分布特点越来越重要。首先对星载云–气溶胶遥感雷达技术的应用现状进行了分析,并针对典型星载云–气溶胶激光雷达(激光雷达空间技术实验LITE、正交偏振云–气溶胶激光雷达CALIPSO、云–气溶胶传输系统CATS、大气激光雷达ATLID)的探测任务、光机系统参数、结构及材料等技术特点进行了详细的分析研究;其次从工作机制、光机系统结构、应用材料和探测能力等方面对各星载云–气溶胶激光雷达系统特点进行了对比,提出星载云–气溶胶激光雷达光机系统结构设计特点与方法;最后分析了当前星载云–气溶胶激光雷达系统技术特点及发展方向,为我国发展星载云–气溶胶激光雷达提供技术方向及发展建议。

摘要：为了后期研制星载高重频激光雷达提供数据校正及仿真,设计研制了一套小视场高重频激光雷达验证系统。对该激光雷达进行详细的光机系统结构设计,利用Zemax软件模拟发射、接收与后继单元光路图。精确计算出出射光束发散角为0.106 mrad,设计新型的光束转向结构确保正入射到扩束器中。在0.4 mm小孔光阑下,接收单元视场角0.25 mrad,在系统焦平面上的小孔光阑偏心不得超过29μm,选择高精度三维调整结构对小孔光阑精确定位。整机结构设计采用模块化设计方法,以方形框架为基准,不同单元模块安装在其不同位置,高度集成在尺寸为390 mm×390 mm×550 mm以内。对发射单元进行装校,并检测出发散角为0.11 mrad,与仿真结果相比,相对误差为4.1%;对接收与后继单元进行装校,采用平行光管出射的平行光正入射到接收望远镜,获得系统焦点精确位置,完成高精度的装校。通过对系统增益比进行标定实验,得到系统增益比为1.15,并对系统进行探测实验,探测结果:系统在夜晚气溶胶探测距离可达22 km,退偏振比可达10 km。在白天探测距离可达10 km,退偏振比可达6 km,并与太阳光度计比较,光学厚度相对误差为7.1%。整机性能满足设计要求,为后期做飞行实验打好基础。

摘要：针对目前国内外市场上已有的水泥装车机在国内水泥厂中不能实现全自动装车以及无法适应多种规格的运载车厢和袋包尺寸的问题,我们设计了一种袋装水泥自动装车机,实验分析了该机构的组成及其运动原理,建立了具体的运动学模型,设计了控制系统的总体架构,并给出了装车作业的控制流程。现场装车实验表明,该自动装车机能实现全自动化,可适应不同车厢和袋包尺寸,袋包码放整齐,达到了设计目标,满足了国内袋装水泥自动装车的要求。

摘要：杂散光仿真分析是保证多角度偏振成像仪获取高精度偏振辐射数据的关键手段之一。根据仪器光学系统的自身特点,分析了杂散光的主要来源。针对采用点源透过率法难以适用于大视场光学系统杂散光分析的问题,介绍了基于黑斑法原理进行杂散光仿真分析的方法。借助杂散光分析软件LightTools,建立仪器的三维几何模型及光学属性,采用选定视场点反向光线追迹的方法仿真分析得到光机系统的视场外和视场内杂散光系数。分析结果表明,杂散光主要来源于成像视场范围内,且中心视场受到的杂散光影响最大,杂散光系数为3.27%,达到了设计指标要求。此外,采用近轴光线和实际光线正向追迹,模拟得到局部杂光和全局杂光的能量分布,为后期的图像杂散光校正研究提供了理论依据与指导.

摘要：无刷直流电机用电子换向来代替传统的机械换向,具有可靠性高、维护方便、使用寿命长等优点,但对控制器性能要求较高,驱动控制电路较为复杂。基于上述问题,设计了一种基于DRV8323RS驱动芯片的无刷直流电机驱动器。主控制器TMS320C6748通过SPI通信方式对DRV8323RS芯片进行模式配置后,产生一路PWM信号,实现对带有三相霍尔传感器的无刷直流电机的控制。实验结果表明,在保证稳定可靠的运行性能下,该设计方案简化了驱动电路设计,节约了主控制器硬件接口资源,实现了三相无刷直流电机的精确控制,为单一主控制器实现多路电机驱动控制提供可行性方案,具有较高的应用价值。