基于HITRAN数据库的大气激光雷达信号仿真

信号仿真研究是大气激光雷达研究的重要环节，结果可为激光雷达系统的设计和研制提供基础.本文仿真系统可用于激光雷达回波信号模拟.该仿真系统利用HITRAN数据库中的吸收谱线计算大气分子对激光的吸收光谱，并采用大气辐射传输模型中的气溶胶模式模拟气溶胶对激光的衰减.利用激光雷达方程，数值模拟了355nm，532nm以及1064nm的回波信号，并将532nm的数值模拟结果与实测结果进行对比，评估了激光雷达系统的光学效率.      

瑞利激光雷达反演中层大气温度算法

瑞利激光雷达是探测中层大气温度的重要设备,具有高时空分辨率且不存在探测盲区的优点.为充分利用激光雷达探测到的原始数据,改进了传统的Chanin-Haunchecorne方法,采用由均匀搜索生成温度初值的方式反演大气温度.位于北京延庆（40.3°N,116.2°E）的瑞利激光雷达具有589nm和532nm两个通道,将589nm通道用于计算,532nm通道作为参考.在150~250K区间等间隔选取多个温度初值,利用589nm通道反演60~70km高度范围内的大气温度廓线和大气密度廓线,利用参考密度廓线选取准确的温度初值,反演得到准确的大气温度廓线.将589nm通道和532nm通道反演的温度廓线相比较,发现二者具有较高的一致性.改进后的方法有效利用了信噪比较差的光信号,使589nm通道的温度探测上限从60km提高到70km.      

激光雷达复材型面测量精度分析方法

针对激光雷达复材型面测量时测量精度的评定需求，提出了一种基于激光雷达回波信号信噪比（SNR）的精度分析方法。通过对复材型面检测结果进行评价，获取零件脱模后准确的变形量结果，有利于实现精准修模。所提方法考虑了测量工程中待测距离、入射角、材料属性等因素对测量结果产生的影响，研究激光雷达型面测量过程中回波信号信噪比与测量精度的联系，利用信噪比的变化规律，结合仪器不确定度，确定测量点云不同区域的精度修正因子，实现激光雷达大尺寸复材型面变形量检测结果的测量精度分析，减小了测量误差对变形量的影响。所提方法能准确评价测量结果的精度，获取复材型面的真实变形量。      

气溶胶光学特性偏振遥感反演算法

陆地上空大气顶的辐射主要由大气散射和地表反射组成,一般地表反射的贡献要大于大气散射的贡献,使得陆地上空气溶胶的特性提取非常困难,而偏振信息只强烈依赖于散射粒子的特性,发展基于偏振信息的气溶胶反演方法是非常有效的. 通过对矢量辐射传输方程求解进行研究,基于倍加累加法矢量辐射传输模式分析影响气溶胶反演的主要因素,确定多维参数查找表建立方法,利用POLDER(Polarization and Directionality of the Earth-s Reflectances)提供的反射率和偏振反射率数据,发展了一种利用反射率和偏振反射率查找表迭代查找反演气溶胶光学参数和地表反射率的算法,实现了对北京、香河、Dalanzadgad观测站上空气溶胶光学厚度、粒子半径、折射指数和地表反射率的反演.用AERONET(Aerosol Robotic Network)地基数据对反演结果进行了验证.     

利用OH夜气辉反演原子氧数密度时输入参数的不确定度对反演结果的影响

借助OH夜气辉辐射的光化学模式,由OH夜气辉辐射反演中间层-低热层区域的原子氧数密度时,输入参数的不确定性将导致反演得到的原子氧数密度具有不确定性.以在sudden death猝灭模式下通过OH(8-3)振动带体辐射率反演原子氧数密度为例,分别研究了大气参数和OH气辉辐射率的不确定度引起的反演不确定度、化学反应速率常数的不确定度引起的反演不确定度,以及所有输入参数的不确定度共同引起的反演不确定度,找出其不确定度对反演结果影响最大的参数.结果表明,三种反演不确定度均随着高度的升高而增大,温度和体辐射率的不确定度对第一种反演不确定度的贡献最大,反应速率常数b(8)和A(8-3)、的不确定度对第二种反演不确定度的贡献最大.     

无线电掩星和激光雷达观测结果比较

简要阐述了激光雷达和ＧＰＳ掩星探测大气的基本原理，并利用１９９６年１０月１４日１６２５ ＵＴ时 Ｂ本 ＴＭＵ钠和瑞利散射激光雷Ｂ（３９．２３°Ｅ、 ３５．３７°Ｎ）资＃，反演得到 ３０－５５ ｋｍ高度范围内大气密度和温度的观测结果，与此同时通过激光雷达上空的 ＧＰＳ掩星观测到的掩星切点处的观测结果进行了比较．结果表明：两种方法获得测出的密度廓线符合得很好；温度廓线的变化趋势也基本一致，但在某些高度上有较大的偏离．文中最后对比较结果作了简要分析，讨论了重力波对大气密度和温度廓线的影响．     

基于X射线掩星探测反演行星大气密度

X射线掩星是一种常见的天文现象，基于X射线掩星探测的大气密度反演是一种涉及学科交叉的新方法，其通过处理高能X射线天体辐射源的掩星观测数据实现大气密度的反演，基本原理为X射线在大气中传播时，X射线光子被大气中的原子（包括分子中的原子）吸收和散射，从而导致X射线强度发生衰减，根据衰减后X射线信号的强度反演对应的密度廓线。本文根据X射线掩星探测的应用需求，论证了基于X射线掩星实现大气密度反演的新方法，重点介绍了光变曲线拟合和能谱拟合两种地球中高层大气密度反演算法，分析了X射线掩星探测反演大气密度的研究进展和研究方法，对基于X射线掩星反演大气密度的优点进行分析和讨论，进而对X射线掩星探测的应用场景进行展望。结果表明，作为一种新型中高层大气密度测量手段，X射线掩星探测可对中高层大气密度实现有效探测，弥补了目前中高层大气密度实测数据的不足。     

地基大气遥感的循环迭代反演法

文［１］考虑了退卷积后测量仪器的残余影响,提出了等效仪器函数概念及大气参量分布的参考光谱反演化,它利用测量仪器的光谱响应函数和本地区平均大气参量分布作为先验信息,通过退卷积处理提高了大气反演的高度和精度。但是象火山爆发这样一些突发性事件都可能使大气参量分布突然发生较大变化,使根据平均大气分布计算的参考光谱与实际光谱之间产生较大的差异,因而加大了参考等效仪器函数与等效仪器函数之间的偏差,导致大气反演     

星载FPI探测低热层温度的研究

80～350km高度区域的大气温度与风场探测研究对于认识全球性空间动力学和日地耦合机制具有重要科学意义.法布里-珀罗干涉仪(FPI)能够通过分析接收光的干涉环反演计算出一定高度大气层的风场和温度.近年来,中国利用多种地基探测设备对中高层大气进行了观测研究,对于温度反演和星载探测技术的研究开始起步.本文基于系统传输函数和发射谱线函数的卷积,讨论了利用FPI探测高空大气温度反演计算的原理;分析了星载FPI探测的方法,根据星载FPI探测与地基探测的不同点,仿真了星载探测干涉图;结合中国观测技术现况及空间探测需要,讨论了发展星载空间环境探测仪的可行性.      

武汉上空对流层与平流层大气密度和温度探测的初步结果

利用武汉大学Rayleieh/钠荧光散射激光雷达和无线电探空仪进行联合探测的数据,反演出武汉地区上空(30.5°N,114.4°W)0—65km处的密度和温度分布曲线,并简单阐述了激光雷达的工作原理。将测量结果和MSISE-90参考大气模式比较,二者结果基本符合,温度廓线在中层顶附近和模式的差别约为3K。同时利用激光雷达探测到了中层大气中的重力波活动。     

基于氧气A波段临近空间大气温度反演的贝叶斯与最小二乘法对比

基于氧气A波段的临边辐射模拟数据进行临近空间大气温度廓线的反演，分析比较了贝叶斯和最小二乘两种不同反演算法的特点.80km以下，信噪比为66～337时:基于贝叶斯理论反演的三条谱线761.59，762.2，764.05nm的反演误差平均值分别为5.52，3.94，4.73K；采用最小二乘法的反演误差平均值分别为10.57，7.04，8.80K.信噪比为6～34时:基于贝叶斯理论反演的三条谱线的反演误差平均值分别为18.27，12.18，18.27K；采用最小二乘法的反演误差平均值分别为103.18，68.79，85.98K.研究结果表明，基于贝叶斯理论的反演方法，利用先验信息对反演结果进行约束和修正，在有噪声的情况下获得了更合理的解，从而提高了反演精度和抗干扰能力.这为星载探测临近空间大气温度的算法研究和开发提供了参考，也为提高光谱仪器信噪比并进而提高温度反演精度提供了理论基础.      

大气臭氧地基遥感反演的退卷积方法

本文提出了一种大气臭氧地基遥感信息处理的新方法,它利用非线性退卷积方法和等效仪器函数提高光谱分辨率,利用非线性最小二乘法进行大气臭氧反演计算,可以显着提高大气臭氧遥感的可探测高度和精度。      

基于时频分析的雷达目标识别研究

基于时频分析的性质，提出了一种雷达目标识别方法。对雷达回波信号进行小波变换，得到目标回波信号的三维时频分布图和功率谱密度，从中提取目标的调制谱密度，根据最小贴近度识别算法进行目标识别。由实验结果看，利用此方法能够得到很高的识别率。     

电离层对星载SAR影响的多相位屏仿真方法

利用多相位屏技术对电离层色散、相位闪烁、幅度闪烁等影响的P波段星载SAR(Synthetic Aperture Radar)回波进行了仿真.将电离层建模为只改变信号相位的多个薄屏,信号在屏之间的衍射效应实现电离层的幅度闪烁和相位闪烁.衍射结果由斜入射条件下球面波的抛物方程在自由空间的解析解得到.穿过多相位屏的信号复振幅中包含了电离层色散、相位闪烁、幅度闪烁等影响.回波信号通过发射信号的频谱与受电离层影响的复振幅相乘得到.仿真表明,该方法可以真实反映电离层色散、相位闪烁、幅度闪烁等效应,为研究电离层影响下的星载SAR成像提供真实可靠的数据.     

高稳频微弱激光量子源测量标定技术研究

激光雷达探测系统需求稳定的单光子源作为定标光源,通过输出波长及功率可量化溯源的微弱光量子信号,对探测系统的探测不确定度进行分析,并对接收与探测系统性能进行评估。针对这一需求设计并研制一种输出激光波长稳定、输出平均光子数从10^(11) s^(-1)量级至10~3 s^(-1)量级的可调谐高稳频微弱激光量子源,并开展了相关测量标定工作。输出的微弱信号光波长稳定在532.269 nm处,功率覆盖79.3 nW至0.34 fW,平均光子数覆盖10^(11) s^(-1)量级至10~3 s^(-1)量级,在10~5 s^(-1)量级的稳定度优于0.6%,能够满足激光雷达系统探测不确定度分析与性能评估等方面的应用需求。     

旋转变压器输出信号自动标定

旋转变压器输出以角位置正余弦为包络的调幅信号,一般通过检波与解调获取角位置及角速度信息.检波后信号往往存在直流偏置、幅值不等和相位偏移,对其进行标定是实现高精度解调的前提.针对检波后信号的标定问题,提出了一种离线自动标定方法.设计状态观测器,对检波后两路信号的幅值及直流偏置进行估计;构造二元二次目标函数,利用梯度估计法,获取相位偏移.理论分析表明,与仅采用梯度估计法相比,此方法避免了目标函数多解问题.实验结果表明,此方法参数选择容易,具有较高的精度,是完全可行的.      

辅助型GPS接收机中伪码相位延时及其不确定度估计算法研究

快速捕获卫星信号是研制辅助型GPS (A-GPS)接收机所必须解决的一项关键技术. 针对A-GPS接收机能从辅助数据中获取有效星历的特点, 本文提出了一种伪码相位延时及其不确定度估计算法. 该算法在对建立的信号发射时刻方程泰勒展开的基础上, 利用辅助信息建立了伪码相位延时及其不确定度估计方程. 分析和仿真表明, 提出的算法能有效压缩剩余卫星伪码相位延时不确定度, 加快A-GPS接收机的捕获速度.      

基于散射光强度的碳黑团聚体分形结构和粒径分布同时反演

利用散射光信号实现碳黑团聚体分形结构和粒径分布参数的同时反演，在火焰辐射换热模拟和污染物测定方面有着重要应用价值。反演的正问题基于瑞利-德拜-甘斯多分散分形团聚体（RDG-PFA）散射理论，研究了2种信号方案，包括多角度散射及多角度散射-准直透射率。反演前，对比2种信号方案的残余适应度值分布发现，散射与透射信号同时使用有效减弱了反问题的病态性。反演过程基于协方差矩阵自适应的演化策略（CMA-ES）算法，该算法具有很强的局部搜索能力，为快速且稳定地反演各个目标参数提供了保障。反演结果表明了CMA-ES算法较大搜索空间内的可行性和普适性，同时也证明了采用多角度散射-准直透射率的组合信号有效提高了目标参数的反演精度。      

一种星载SAR模糊区回波信号仿真方法

模糊度是星载合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)星地一体化系统方案设计中的重要技术指标.为了定量化研究模糊度对图像质量的影响,提出了一种星载SAR模糊区回波信号的仿真方法.该方法采用星载SAR模糊区回波信号模型.利用该方法生成包含观测区场景和模糊区场景的星载SAR回波信号,经成像处理后可以获得具有模糊特性的SAR图像.该仿真方法为定量化研究模糊度与图像质量之间的关系提供仿真工具,它能够反映模糊区目标的图形特征,为SAR图像的解译判读提供参考依据.计算机仿真结果验证了该方法的有效性.      

改进的GPS掩星滑动频谱方法

在大气多路径和噪声的条件下,高斯白噪声会造成滑动频谱方法获得的弯曲角与真值之间的偏离,无法获得较好的反演结果。为此,文章提出了一种改进的滑动频谱方法,即利用信号的振幅和谱能量信息对滑动频谱方法进行修正,削弱了信号中噪声的影响,与真值较为接近。分别用改进前后两种方法对中华卫星三号计划（Constellation Observing System for Meteorology, Ionosphere and Climate,COSMIC）的掩星进行反演,并将其折射率计算结果和通过全谱反演方法获得的折射率一起,与欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium Range Weather Forecasts,ECMWF）的分析场资料进行了统计比较。结果表明：改进的滑动频谱方法删除了信号中的部分噪声,减少了系统偏差;与全谱反演方法进行比较,发现两者具有相当的反演精度。