西安理工大学
硕士学位论文
激光雷达精细探测大气气溶胶研究
姓名：高飞
申请学位级别：硕士
专业：测试计量技术及仪器
指导教师：华灯鑫
20080301
南京信息工程大学激光雷达探测气溶胶实验报告 姓名：周标 学号：20121359069 学院：物理与光电工程学院 专业：光信息科学与技术 二〇一四年十二月十二日
摘要：大气气溶胶影响着天气和气候的变化，通过用激光雷达对水平大气中的气溶胶进行连续观测，得到大气气溶胶浓度的高度分布数据，用Klett法反演和斜率法得到了气溶胶消光系数数值并利用MATLAB程序用计算机对所得实验数据快速方便地直接得出出测量结果和图示。 关键词：气溶胶；激光雷达；探测；Klett反演算法；斜率法；消光系数；MATLAB 前言 大气气溶胶是指悬浮在大气中直径为0.001—100μm的液体或固体微粒体系。对流层气溶胶的形成与地球表面的生态环境和人类活动直接相关。地面扬尘、沙尘暴、林火烟灰、花粉与种子、海水溅沫等是对流层气溶胶的自然源,人工源则是由工业、交通、农业、建筑等直接向对流层中排放的气溶胶粒子。同时,对流层大气中许多气态污染物的最终归宿是形成气溶胶粒子,如二氧化硫、氮氧化物、碳氢化合物等通过气粒转化生成气溶胶粒子。这些气溶胶粒子通过吸收和散射太阳辐射以及地球的长波辐射而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着重要的影响。对流层气溶胶粒子对激光的吸收和散射作用使它成为激光大气传输的重要消光因子。 激光雷达为大气气溶胶探测研究提供了有力的工具。数十年来,激光技术的不断发展为激光雷达大气气溶胶探测提供了所需要的光源。另一方面,信号探测和数据采集及其控制技术的发展使激光雷达在大气气溶胶的探测高度、空间分辨率、时间上的连续监测和测量精度等方面具有全面的优势,是其它探测手段不能比拟的。 本文介绍该激光雷达的总体结构、技术参数及其工作原理,同时给出了大气气溶胶的垂直消光系数廓线以及典型测量结果的分析和讨论。 1，研究的目的 大气中，尘埃、烟雾、云团等气溶胶粒子对大气的化学过程、辐射平衡、气候变化乃至人们的日常生活都有着非常重要的影响。因此，对大气气溶胶粒子的光学特性的探测研究一直是大气科学、气象探测和环境保护的一项重要任务。 近年来，中国经济的飞速发展已受到全世界的关注。然而，这种快速的经济增长也伴随着社会体系的变革，高度的工业化和城市化造成许多气溶胶粒子和温室气体被排放到大气，带来了一系列的环境问题，对可持续发展有着严重的负面影响，同时对人们的日常生活和身体健康存在着严重的威胁。如何获取环境变化的第一手资料，准确地提供大气物性及其变化
雷达目标检测实例 雷达对Swerling起伏目标检测性能分析 1.雷达截面积(RCS)的涵义 2.目标RCS起伏模型 3.雷达检测概率、虚警概率推导 4.仿真结果与分析
雷达通过发射和接收电磁波来探测目标。雷达发射的电磁波打在目标上，目标会将入射电磁波向不同方向散射。其中有一部分向雷达方向散射。雷达截面积就是衡量目标反射电磁波能力的参数。
雷达截面积(Radar Cross Section, RCS)定义:22o 2 4π 4π4π4π()4πo i i P P R m P P R σ=== 返回雷达接收机单位立体角内的回波功率 入射功率密度 在远场条件下，目标处每单位入射功率密度在雷达接收机处每单位立体角内产生的反射功率乘以4π。 R 表示目标与雷达之间的距离，P o 、P i 分别为目标反射回 的总功率和雷达发射总功率
?目标RCS和目标的几何横截面是两个不同的概念?复杂目标在不同照射方向上的RCS不同 ?动目标同一方向不同时刻的RCS不同 飞机舰船 目标RCS是起伏变化的，目标RCS大小直接影响着雷达检测性能。为此，需用统计方法来描述目标RCS。基于此，分析雷达目标检测性能。
Swerling 模型是最常用的目标RCS 模型，它包括Swerling 0、I 、II 、III 、IV 五种模型。其中，Swerling 0型目标的RCS 是一个常数，金属圆球就是这类目标。Swerling Ⅰ/Ⅱ型： 1 ()exp()p σ σσσ =- 指数分布 Swerling Ⅰ：目标RCS 在一次天线波束扫描期间是完 全相关的，但本次和下一次扫描不相关（慢起伏），典型目标如前向观察的小型喷气飞机。 Swerling Ⅱ：目标RCS 在任意一次扫描中脉冲间不相关（快起伏），典型目标如大型民用客机。
雷达生命探测 雷达生命探测仪型号:FGMOD27003+ FGMOD雷达生命探测仪是美国超视安全系统公司于2005年新近推出的一种安全救生系统。著名地球物理学家，麻省理工学院博士大卫席思(David Cist)创造性地将雷达超宽频技术(UWB)应用于安全救生领域，从而为该领域带来一项革命性的新技术。基于这种新技术的安全救生系统----FGMOD雷达生命探测仪，成功地解决了多项困扰传统安全救生系统的问题，使搜救工作比以往更迅速，更精确，也更安全，是现在世界上最先进的生命探测系统。该系统的天线是美国航空航天局（NASA）指定的火星探测器两种候选雷达天线之一，是世界上最先进的探地雷达天线，能够非常敏锐地捕捉到非常微弱的运动。该产品已获得美国专利。超视安全系统公司近日内在中美日三国同步推出这个系统。
二、FGMOD雷达生命探测仪的组成 超视安全系统公司的FGMOD雷达生命探测仪移动探测系统是一个由以下主要部件组成的传感器： 一个发送超宽频信号的发送器 一个侦测接收返回信号的接收器 一台用于读入接收器的信号并进行算法处理的电脑 传感器包含了可编程的固件。传感器产生的信号通过无线传输传送给掌上电脑(PDA控制器)进行显示。传感器和控制器有各自相互独立的电源。 无线探测发射器发射器 掌上操作接收显示器 三、技术数据 无线探测发射器 尺寸：44×44×24 cm 重量：9.5 kg（包括电池） 电池：10.8V锂电池，可连续工作长达4h 废墟瓦砾中探测距离：4.6米内的呼吸活动以及6米内的移动 废墟瓦砾中探测范围：36 m2
探测角度：120°角 符合美国联邦通信委员会（FCC）认证 工作频率：270 MHz 脉冲频率范围：100-700 MHz 掌上操作显示器 PDA掌上电脑，方便携带 专业探测软件集成了上千种人体呼吸心跳模式，使探测结果更精确 当探测到幸存者时，能显示其与探测器间的距离 可对现场探测过程做数据记录 可兼容GPS全球卫星定位系统 USB接口可与电脑连接传递数据 操作系统：MS Windows Mobile 2003 for Pocket PC 四、FGMOD雷达生命探测仪的工作原理 FGMOD雷达生命探测仪实际上是一个呼吸和运动探测器。雷达信号发送器连续发射电磁信号，对一定空间进行扫描.，接收器不断接收反射信号并对返回信号进行算法处理。如果被探测者保持静止，返回信号是相同的。如果目标在动，则信号有差异。通过对不同时间段接受的信号进行比较等算法处理，就可以判断目标是否在动。 FGMOD雷达生命探测仪是通过测试被探测者的呼吸运动或者移动来工作的。由于呼吸的频率较低，一般每秒1到2次，就可以把呼吸运动和其他较高频率的运动区分开来。测移动的原理也大致是这样。超视安全系统公司的天线是美国航空航天局（NASA）指定的两种火星探测器地质雷达天线之一，能够非常敏锐地捕捉到非常微弱的运动，加上功能强大的算法处理，是安全救生部门最好的帮手。
浅谈大气探测技术 摘要:大气探测是利用各种探测手段对大气中的物理过程和物理现象及气象要素等进行观测、探 测并使用不同的载体记录下来。大气探测所获取的气象记录、资料是进行天气预报、气候分析、 气象科学研究和为各行各业服务的基础。近年来，随着自然科学与技术的进步，国际气象探测 技术也取得了显著的发展。本文在此阐述了以下几种探测技术。. 关键词: 大气探测技术气象探测. 大气探测又称气象观测，是对地球大气圈及其密切相关的水圈、冰雪圈、岩石圈（陆面）、生物圈等的物理、化学、生物特征及其变化过程进行系统的、连续的观察和测定，并大气探测对获得的记录进行整理的过程。气象观测是气象科学的重要分支,它将基础理论与现代科学技术相结合，形成多学科交叉融合的独立学科，处于大气科学发展的前沿。气象观测信息和数据是开展天气预警预报、气候预测预估及气象服务、科学研究的基础，是推动气象科学发展的源动力。发展一体化的气象综合观测业务是气象事业发展的关键。 大气探测主要包括：地面观测、高空探测、特种观测和遥感探测等。 1、地面气象观测主要是对近地层范围内的气象要素进行观察和测定，大气探测主要观测的项目有：气温（离地1.5米高处，百叶箱内的气温）、地温、湿度、气压、风（包括风向风速）、云、天气现象、能见度、降水、蒸发量、日照时数、太阳辐射等。 2、高空气象探测一般是用探空气球携带探空仪器升空进行，可测得不同高度的大气温度、湿度、气压，并以无线电信号发送回地面。利用地面的雷达系统跟踪探空仪的位移还可测得不同高度的风（风向、风速）。 3、特种观测主要包括大气本底观测、酸雨观测、臭氧观测、紫外线观测等。遥感气象探测主要是利用气象卫星、雷达等设备进行气象要素探测。 下面介绍三种具体的大气探测技术： 一、利用微波折射率仪探测 探测对流层中大气时，折射率仪是众多测试手段中的唯一一种直接测量大气折射率的设备。它的研制可上溯到40年代。历史上有以谐振腔为传感器和以电容为传感器的两类折射率仪。后者虽重量轻，但其精度相对较低。目前常用的是前一种。以谐振腔测量空气折射率的原理是，通过测量谐振腔内空气折射率变化δN引起的谐振频率f的变化量盯来得到空气折射率N。δN=-δf/f。典型的仪器是3公分微波折射率仪，这种仪器的特点是测量精度高、响应速度快，其测量精度一般都达到IN单位，采样速度可在100次/秒以上。仪器稳定度可达士10-7/℃。采样腔的开口部分使折射率仪能够瞬间响应空气的折射率变化。它在雷达定位等系统的工作中是大气结构精确测定的必需设备。目前美国、前苏联、英国、法国、日本、印度等国都拥有微波折射率仪，并且在评价大气对雷达系统和通信系统的影响中，一直进行机载测量。
生命探测仪 之雷达生命探测仪原理及其应用 生命探测仪是借着感应人体所发出超低频电波产生之电场(由心脏产生)来 找到"活人"的位置。配备特殊电波过滤器可将其它动物，诸如狗、猫、牛、马、猪等不同于人类的频率加以过滤去除，使生命探测仪只会感应到人类所发出的频率产生之电场。仪器配备两种不同侦测杆，长距离侦测杆侦测距离可达500公尺，短距离20公尺。人体发出的超低频电场可穿过钢筋混凝墙、钢板。仪器在碰到上述障碍物时，侦测距离会减少，但只要操作者向前靠近侦测地点，仍可精准地找到欲搜寻的人体目标。 一、生命探测仪的种类： 目前所知的生命探测仪按原理结构可分为：雷达波探测器、视频探测器、音频探测器等。 1.音频探测器： ①.声波音频探测器 原理:通过获取在空气中传播的微弱声波并放大信号来探测目标。 ②.震动波音频探测器 原理:通过震动探头拾取并放大地面传来的震动波来探测目标 两者的共同特点就是：价格较低，比较简单易用。 局限性：现场需要有一定的孔洞和裂隙才能伸入探测设备；或只适用于浅表层、大空间的探测；在下雨或有消防用水的情况下会受到一定的环境干扰。 2.视频探测器 原理:利用可见光或非可见光，通过CCD传感器摄像转送到显示屏成像。 有视频形象化，直观简单、易用、价廉 一般在使用中需要线缆传输音频信号，或缝隙孔洞。 3.雷达波生命探测仪 原理:由雷达天线定向集中地发射电磁波，该电磁波能穿透混凝土墙壁、碎石瓦砾等，与人体接触后反射并产生变化。由于这种变化受人的身体活动、呼吸甚至心跳活动的影响，反射后变化了的电磁波被接收器接收，经过过滤背景干扰，某些特有的波谱经计算机软件分析处理，在显示屏显示。 特点：具有易携带、移动快、无需与物体接触的特点，无需由孔洞、裂隙等进入，可在被各种物质隔离覆盖的情况下探测到被困者。 二、雷达生命探测仪具体原理： 无线探测发射器首先发射雷达波，雷达波可穿透普通的建筑墙体和碎石等材料，到达最远6米的被测目标。目标物的移动或呼吸心跳等使雷达波产生一定的改变，并把变化后的雷达波通过天线发送回掌上电脑上。经过电脑内专业软件的数据处理，得出相应的波形图及信号显示，从而判断被测范围内是否有幸存人员。 在操作该探测雷达时，要确保掌上电脑与无线探测发射器之间的距离在 1.5-15米范围内，并保证在距探测器天线6.1米的范围内没有其他可疑的移动。该设备通常能够在3分钟之内在有效空间范围内完成搜寻，并进一步定位被困人员。
微脉冲激光雷达在气溶胶监测上的应用 摘要随着经济的快速发展，人们赖以生存的大气圈，尤其是城市上空的大气环境里存在的气溶胶颗粒，极大地影响了环境质量，危害着人类健康。因此通过对气溶胶的监测和分析，可以使人们加深对污染产生机制的理解。本文对气溶胶做了详细介绍，并描述了微脉冲激光雷达的概况以及采用微脉冲激光雷达监测气溶胶情况的一些实例。 With the fast development of environment，the atmosphere that we are relied on has been greatly polluted. Great quantities of aerosols are existed in atmosphere, especially in the air of city. Therefore, the quality of environment and the health of persons aresharply affected. We could deepen the understanding of pollution by monitoring and analyzing aerosols. This paper makes a description of aerosol, micro pulse lidar(MPL) and some cases. 关键词：气溶胶、微脉冲激光雷达、PM2.5、消光系数 Keywords：Aerosol、micro pulse lidar、PM2.5、Aerosol Extinction Coefficient 一、气溶胶 1、气溶胶概述 大气气溶胶是指悬浮在大气中空气动力学直径（D p）为0.001~100μm的液
仪器性能 1．博泰克RIS雷达的优势： 1. 航天技术，品质极高：制造商意大利IDS公司是一家包括导航雷达部，探地雷达 部等相关产品的著名厂家，其设计宗旨就是潜心研究出优于普通雷达设备的实用型探测系统，产品技术更新快； 2. 模块式设计配置灵活，硬件升级自如； ·博泰克RIS主机可与本公司所有天线兼容，用户可按需选配，极大地节约了成本·已购买单通道主机用户，如需使用多通道主机，可由单通道升级为四通道，避免 了重复投资 ·天线可根据需要由单天线升级为精度更高和速度更快的天线阵 3. 雷达天线屏蔽效果好（军工级屏蔽），精度和分辨率很高，带绘图系统的测量轮可精 确定位目标，多极数据使得目标形状识别及环境识别更加精确； 4. 雷达主机、天线和电池的体积小、重量轻、稳定性高，单人操作，遥控操作，自动设 置；防水、防尘和抗震性能好，能适应各种恶劣的工作环境（隧道、井下等）；具有极高的发射速率和扫描速度，完全满足公路快速检测的要求； 5. 独有的天线阵设计使雷达探测技术登上了一个新台阶：有专门的公路及隧道检测天线 阵(600+1600MHz) ，最大探测速度可达80Km/h，探测深度为1.5-2米，一次就可以完成面层、基层等的精确分层检测和空洞、裂隙、软弱带等路基检测的要求；根据需要，还可以在该天线阵的基础上增加100MHz等更低频率的天线，以满足更深的探测要求； 6. 雷达主机独有的远程调控功能，通过此功能，国外雷达专家可以随时对雷达系统进行 调试和维护； 7. 后期处理软件实用方便，功能强大： 其公路与隧道分析软件LAYERING可以自动处理雷达数据、自动(手动)追踪层面、自动绘制厚度图、自动在雷达图上标明取芯结果、自动生成厚度报表、直接在雷达图上标注缺陷并打印等； 自动物性分类软件SUBREM可以由检测雷达的雷达图，自动对路基、隧道等做分 类分析，指出路基的软弱带、高含水区、衬砌后的围岩情况等等，是目前世界上唯一有此功能的雷达处理软件； 8.RIS雷达系统采集到的数据可以直接和地理信息系统相连接，实现信息化管理，方便 的实现查询、修改、输入、输出等功能，是目前唯一具有此功能的雷达系统； 9. 在世界雷达比武上，博泰克RIS雷达以探测速度最快（唯一在规定时间内完成全部 探测任务），分辨率和精度最高（探测目标数量多），唯一现场绘制出被探测物的三
四川汶川地震救灾中使用的声波生命探测仪是利用声波传递____生命信息__的一种救援方式声波生命探测仪寻找生命靠的是识别被困者发出的声音。人类有两只耳朵，这种仪器却有3至6个耳朵。它的耳朵叫做“拾振器”， 也叫振动传感器。它能根据各个耳朵听到声音先后的微小差异来判断幸存者的具体位置。如果幸存者已经不能说话，只要用手指轻 轻敲击，发出微小的声响，也能够被它听到。即便被埋压人困在一块相当严实的大面积水泥楼板下，只要心脏还有微弱的颤动， 探测仪也能感觉出来，于是救援队员可以确定废墟下是否有人活着。 生命探测仪的种类 根据不同的原理分为光学生命探测仪、热红外生命探测仪和声波生命探测仪。 生命探测仪是借着感应人体所发出超低频电波产生之电场(由心脏产生)来找到"活人"的位置。配备特殊电波过滤器可将其它动物 ，诸如狗、猫、牛、马、猪等不同于人类的频率加以过滤去除，使生命探测仪只会感应到人类所发出的频率产生之电场。仪器配备 两种不同侦测杆，长距离侦测杆侦测距离可达500公尺，短距离20公尺。人体发出的超低频电场可穿过钢筋混凝墙、钢板。仪器在 碰到上述障碍物时，侦测距离会减少，但只要操作者向前靠近侦测地点，仍可精准地找到欲搜寻的人体目标。 本仪器目标锁定功能在侦测到人体发出超低频产生之电场后，侦测杆会自动锁定此电场,人体移动时，侦测杆也会跟着移动。 另配备镭射光点，提供操作者寻找侦测杆方向。 生命探测仪是借着感应人体所发出超低频电波产生之电场(由心脏产生)来找到“活人”的位置。配备特殊电波过滤器可将其它动 物，诸如狗、猫、牛、马、猪等不同于人类的频率加以过滤去除，使生命探测仪只会感应到人类所发出的频率产生之电场。仪器配 备两种不同侦测杆，长距离侦测杆侦测距离可达500公尺，短距离20公尺。人体发出的超低频电场可穿过钢筋混凝墙、钢板。仪器 在碰到上述障碍物时，侦测距离会减少，但只要操作者向前靠近侦测地点，仍可精准地找到欲搜寻的人体目标。 目前所知的生命探测仪按原理结构可分为：雷达波探测器、视频探测器、音频探测器等，分别对比如下： 一、音频探测器： 1.声波音频探测器 原理:通过获取在空气中传播的微弱声波并放大信号来探测目标 2.震动波音频探测器
激光雷达在军事中的应用 作者 摘要：本文简要介绍激光雷达的特点、激光雷达探测的基本物理原理及其在军事领域的应用现状． 关键词：激光雷达；探测；军事应用 1.引言 激光雷达是现代激光技术与传统雷达技术相结合的产物，它像传统的微波雷达一样，由雷达向目标发射波束，然后接收目标反射回来的信号，并将其与发射信号对比，获得目标的距离、速度以及姿态等参数．但是它又不同于传统的微波雷达，它发射的不是微波束，而是激光束，使激光雷达具有不同于普通微波雷达的特点． 根据激光器的不同，激光雷达可工作在红外光谱、可见光谱和紫外光谱的波段上．相对于工作在米波至毫米波波段的微波雷达而言，激光雷达的工作波长短，是微波雷达的万分之一到千分之一，根据光学仪器的分辨率与波长成反比的原理，利用激光雷达可以获得极高的角分辨率和距离分辨率，通常角分辨率不低于0.1mrad ，距离分辨率可达0.1m , 利用多普勒效应 可以获得10m / s 以内的速度分辨率．这些指标是一般微波雷达难以达到的，因此激光雷达可获得比微波雷达清晰得多的目标图像。 激光束的方向性好、能量集中，在 20km 外，其光束也只有茶杯口大小，因而敌方难以截获，而且激光束的抗电磁干扰能力强，难以受到敌方有源干扰的影响．由于各种地物回波影响，因而在低空存在微波雷达无法探测的盲区．而对于激光雷达，只有被激光照射的目标才能产生反射，不存在低空地物回波的影响，所以激光雷达的低空探测性能好． 激光雷达体积小、重量轻，有的整套激光雷达系统的重量仅几十千克．例如为了适应海军陆战队的需要，美国桑迪亚国家实验室和伯恩斯公司都提出了手持激光雷达的设计方案．相对于重达数吨、乃至数十吨的微波雷达而言，激光雷达的机动性能显然要好得多． 任何事物都是一分为二的，激光雷达也有自身的缺陷．激光光束窄、方向性好，虽然表现出能量集中的优点，但不宜用作战场监视雷达搜索大空域．而且激光的传输受环境影响大，尤其是在雨、雪、雾的天气，激光在传输过程中的衰减更大．当然，激光在大气层外传输时不易衰减，有其得天独厚的优势．经过几十年的努力，科学家们趋利避害，已研制出多种类型的军用激光雷达． 2. 用干战场侦察的激光雷达 众所周知，普通的成像技术（如电视摄像、航空摄影及红外成像等）获得的场景图像都是反映被摄区域辐射强度几何分布的图像，而激光雷达可以通过采集方位角一俯冲角一距离一速度一强度等三维数据，再将这些数据以图像的形式显示出来，从而可产生极高分辨率的辐射强度几何图像、距离图像、速度图像等，因而它提供了普通成像技术所不能提供的信息．例如美国桑迪亚国家实验库研制的一种激光雷达，激光器功率为120MW ，显示屏幕的像素为64 X 64 元，视场内物体的图像可显示在屏幕上，每秒钟更新4 次，并用不同颜色和灰度显示物体的相对距离．这种激光雷达能对运动的装甲车辆产生实时图像，图像分辨率足以识别车辆型号． 美国雷西昂公司研制的ILR100 型砷化稼激光雷达，可安装在高性能飞机和无人机上，当飞机在120m～460m 高空飞行
各位尊敬的领导、同志们，大家好： 今天由我给大家带来雷达生命探测仪的科普讲解。 不知道（在座的）有多少人曾经历过地震？我的老家在汉中，离汶川只有三百多公里，十年前的这个时候，我曾经亲眼见到武警消防官兵们从废墟中挖出过被困了几天几夜的伤员，他们面如死灰，双唇紧闭。震撼之余，我心中也有一丝好奇，那些武警战士们到底有什么神通能在能在一片狼藉之下发现被埋的奄奄一息、不能呼救的的人呢？后来我在看新闻的时候注意到武警战士的手中提着的那个神秘的黑盒子——雷达生命探测仪。直到多年以后，我也成为了一名光荣的地质灾害应急工作者，我才得以一窥那个黑盒子的全貌。 雷达生命探测仪顾名思义是一种救援设备，目的就是为了在地震、坍塌、建筑物倒塌时来搜救幸存人员，甚至被安检用来检查偷渡人员。他的同门师兄弟有靠声波定位的音频探测仪、靠热感应定位的红外线探测仪等。但为什么雷达生命探测仪被称作是最先进的生命探测仪呢？ 问大家一个问题，如何判断一个人还活着？看他还有还有呼吸？看他胸口是否还能起伏？比较粗暴的同志或者会干脆扇他两耳光看他有没有反应。 可如果这个人是在几米，甚至是几十米以下的废墟里呢？你的方法还管用么？ 雷达生命探测仪是一款综合了微功率超宽带雷达技术与生
物医学工程技术研制而成的高科技救生设备。它的工作原理是基于人体运动在雷达回波上产生的多普勒效应来进行分析判断废墟内有无生命体存在以及生命体得具体位置信息。听起来很高大上，那让我们回到刚才的问题，雷达生命探测仪判断废墟下还有没有活人的依据，就是从医学上来讲看他的心脏是否跳动。只要人的心脏还跳，雷达生命探测仪就会感应到由心脏产生超低频电波产生的电场来找到"活人"的位置。 雷达生命探测仪所依赖的电磁波穿透力强，不像音频探测仪的声波会受到倒塌楼板水泥的阻隔；并且他还有一个独一无二的优点，热感应探测仪会被其它发热物体干扰，而雷达生命探测仪配备特殊电波过滤器可将其它动物，诸如狗、猫等不同于人类的频率加以过滤去除，使生命探测仪只会感应到人类所发出的频率产生的电场。 雷达生命探测仪，用科技点亮了生的希望。我在这里也衷心祝愿祖国的科技事业蒸蒸日上，用更精良的科技设备在抢险救灾中挽救更多人的生命！谢谢大家。
第15卷 第12期强激光与粒子束Vol.15,No.12 2003年12月HIGH POWER LASER AND PAR TICL E B EAMS Dec.,2003 文章编号:100124322(2003)1221145203 探测大气气溶胶消光系数的便携式米散射激光雷达Ξ钟志庆1,2, 周 军1, 戚福弟1, 范爱媛1, 岳古明1, 兰举生1, 江庆伍1 (1.中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽合肥230031;2.中国科学院研究生院,北京100039) 摘 要: 介绍了一种新型的便携式米散射激光雷达的总体结构及其各部分的功能,分析讨论了该激光雷 达在夜晚与白天探测大气气溶胶消光系数垂直廓线的性能。其夜晚的探测高度达到15km左右,白天的探测 高度达到10km左右。还可对卷云进行探测,获得卷云的厚度及其峰值消光系数。该激光雷达具有结构紧凑、 体积小、重量轻、自动化程度高、探测速度快等优点。 关键词: 便携式米散射激光雷达; 气溶胶; 消光系数; 卷云 中图分类号:TN958.98 文献标识码:A 激光雷达作为一种主动遥感探测工具已经有30多年的历史[1],已广泛应用于激光大气传输、全球气候预测、气溶胶辐射效应及大气环境等研究领域[2,3]。随着激光技术、光学机械加工技术、信号探测、数据采集及其控制技术的发展,激光雷达技术的发展也日新月异。 我们研制出一种新型的便携式米散射激光雷达,其关键器件都采用轻小型全固化结构或模块化结构,加上独特的发射和接收光学单元,具有结构紧凑、体积小、重量轻、自动化程度高、探测速度快等优点,可应用于大气水平能见度的探测[4]和大气气溶胶消光系数垂直廓线的探测。 本文介绍了该激光雷达的总体结构及其各部分的功能,对其探测的532nm波长大气气溶胶消光系数垂直廓线结果进行了分析和讨论。 1 便携式米散射激光雷达的结构 便携式米散射激光雷达结构示意图见图1。它由激光发射单元、回波信号接收单元、后继光学单元、信号探测和数据采集单元及控制单元五部分组成。其主要技术参数见表1。 水平或垂直方向上的测量。 接收望远镜是由中国科学院安徽光学精密机械研究所生产的直径为200mm的Cassegrain型望远镜,主 Ξ第七届全国激光科学技术青年学术交流会优秀论文。 收稿日期:2003209212; 修订日期:2003210217 作者简介:钟志庆(19762),女,博士研究生,从事Doppler测风激光雷达的研究;合肥市1125信箱二室;E2mail:zqzhong@https://www.doczj.com/doc/1e13926423.html,。
摘要 近日，环保部公布了我国第一部综合性大气污染防治规划——《重点区域大气污染防治“十二五”规划》。事实上，随着大气污染给人民生活带来的不便增多，人们空前关注大气科学进展以及PM2.5治理的理论依据。本文将从三个方面对大气气溶胶的研究做出总结和分析：大气气溶胶的基本特征，大气气溶胶的气候效应，国内外相关的大气气溶胶研究计划。 关键词：大气气溶胶；气候效应；环境健康；研究综述 前言 气溶胶是指长时间悬浮在空气中能被观察或测量的液体或固体粒子，其实际直径一般为0.001～100μｍ，动力学直径为0.002～100μｍ，对人体、环境、气候等产生着重要的影响。 [4] 由于大气气溶胶在气候、环境等方面的重要作用，近年来越来越引起科学界的重视。 很多过程可以产生气溶胶，根据来源可分为自然气溶胶和人为气溶胶。自然源主要是海洋、土壤和生物圈以及火山等；人为源主要来自化石燃料的燃烧、工农业生产活动等。工业革命以来，人类活动不仅直接向大气排放大量粒子，更重要的是向大气排放大量的SO2和SO X，NO2和NO X在大气中通过非均相化学反应逐渐转化成硫酸盐和硝酸盐粒子，形成二次气溶胶。污染气体形成的大气气溶胶自工业革命以来有大幅度增加。来自自然源的气溶胶如沙尘，也由于人类活动利用土地变化而发生着改变。尽管气溶胶只是地球大气成分中含量很少的组分，但由于其在许多大气过程中的重要作用而日益受到重视。随着环境污染问题的发展，人们已认识到大气气溶胶自身的污染特性与其物理化学性质以及在大气中的非均相化学反应有着密切的关系。[5] 气溶胶还与其他环境问题如臭氧层的破坏、酸雨的形成、烟雾事件的发生等密切相关。此外，气溶胶对人体和其他生物的生理健康也有其特有的影响。[1] 由于气溶胶的气候效应问题，气溶胶再次成为国际学术界的研究热点之一，大气气溶胶是当今大气化学研究中前沿的领域。国际大气化学研究计划（IGAC）科学指导委员会于1994年将国际全球大气化学研究计划和国际气溶胶计划（ICAP）合并重组，大气气溶胶研究被列为3大研究方向之一。大气气溶胶的研究内容，发展到包括物理和化学的性状、来源和形成、时空分布、对气候变化和环境质量的影响以及对大气化学过程的影响等多方面、多层次的综合研究，也涉及到大气科学的各个领域，具有很强的综合性。
生命探测技术的原理及现状 从上个世纪开始，陆续有国家开始进行生命探测技术的研究。一般说来，生命探测仪是根据电磁波、声波、光波等物理学原理，通过专用的传感器将物理信号转换电信号，再经过过滤放大后，输出可视或可听信号，组成的能搜索、探测、寻找生命的仪器设备[1]。 生命探测仪按探测功能分类，可分为直接生命探测仪、间接生命探测仪；按探测方法分类可分为有源生命探测仪、无源生命探测仪；按探测环境分为陆地探测、水下探测生命探测仪等。 在探测仪研究方面，美国与德国的起步较早，发展较为全面和系统。日本岛国因为是地震灾害的多发国，其针对地震救援的探测技术发展较为迅速。俄罗斯的技术也较为先进。我国从2000年后才逐步加大了这个方面的研究，目前也只是处于起步阶段。 1音、视频生命探测仪 音频生命探测仪应用了音频声波的基本原理。被困者呻吟、呼喊、爬动、敲打等发出音频声波或震动波，被高敏感度的传感器探头接收、过滤、放大，可以直接被救援者收听[2][3]。 音频生命探测仪现已发展到第四代产品。世界上已有美国、英国、法国、日本、新加坡、以色列等10多个国家的消防救援人员，正在使用音频生命探测器寻找被困的生命。如美国的80M287612迷你型音频生命探测仪，探测频率为1~3000Hz，可同时接收2个传感器信息，同时波谱显示两个传感器信息，并且配备了小型对讲机，能与被困者直接对话。在市场上较多使用的是法国产的音频生命探测仪。如图1.1所示，该仪器通过两个极灵敏的音频震动探测仪，能够识别在空气或固体中传播的微小震动，适合搜寻被困在混凝土、瓦砾或者其他固体下的幸存者，并可通过音频传输系统与被掩埋的人员建立联系。仪器使用两个音频滤波器，可以将周围的背景噪音做过滤处理，能够有效屏蔽来自救援现场的重型卡车或者其他重型机械所产生的噪音。 由于音频生命探测仪是一种被动接收音频声波的仪器，因此，该类型探测仪存在一定的局限性，容易受到现场噪音的影响，探测速度较慢。视频生命探测主要是利用摄像头进行可视性探测，可简单地理解为“胃镜”，通过探头伸入灾害现场细小缝隙，可以直观地发现被困人员[1]。由于成像单元的像素高低、探头的直径大小、探杆长度、探头能否转动的不同，适用的范围不一样，价格也不一样。 救援所用的视频类生命探测仪，大都是法国产全视视频生命探测仪。该探测仪坚固轻便，非常合适倒塌建筑物或狭窄空间的救援搜寻作业。仪器通过高清晰视频信号，向救援人员提供废墟下被困者信息。其灵敏的0.1LUX专业摄像头，可在完全黑暗的环境下迅速捕捉2m 远的清晰画面，镜头可360度旋转。仪器配有三方通话系统，可通过翻译人员有效安抚被困者。我国在音视频结合方面起步晚，但善于学习外国先进技术，其自主研发的DVL-360全角度音视频生命探测器，性能也比较好，价格要比国外产品便宜，实物如图1.2所示。 DVL-360全角度音视频生命探测仪外观小巧、适合在倒塌建筑物或狭窄空间的救援搜寻作业。探测仪通过高清晰视频和音频信号，探听到废墟下的受害者信息，并建立视听联系。使用方便，直观。音频探测使用高灵敏度音频采集系统，探测范围12m2。视频探测范围在全黑暗条件下，探头可360o旋转。该仪器充电电池可连续使用4小时以上。 视频生命探测仪必须要求现场有或大或小的孔洞、裂缝等，才能将探头伸入观察到内部的情况，光纤探头容易被泥土等污染而造成图像不清，因此在使用中也受到一定的限制。视频生命探测仪多与音频生命探测制成一体，综合使用，效率比较差，一般只用于确定已发现幸存者的具体位置情况。 2红外生命探测仪 红外生命探测仪能经受住救援现场的恶劣条件，探测出遇难者身体的热量，利用红外探测器、光学成像物镜将红外辐射能转换成电信号，经处理后通过电视屏或监测器显示红外热
我对大气气溶胶研究的认识 11长望2班20111373005 刘伟光虽然读了几篇有关大气气溶胶的文献，但是我觉得自己对气溶胶的认识还是有相当的局限性的，气溶胶与我们的生活息息相关。虽然气溶胶有许多环境方面的影响，比如说光化学烟雾，酸雨等，但是我觉得气溶胶的积极影响势必是比消极影响大的。 气溶胶粒子是指悬浮在大气中的直径0.001~10μm 的固体或液体粒子。气溶胶粒子增加的直接效应是影响大气水循环和辐射平衡, 这两种过程都会引起气候变化。依照文献上所说，“气溶胶粒子能吸收散射太阳辐射和地气长波辐射, 但对太阳辐射的影响较大, 因而气溶胶增加对气候的影响主要表现为使地表降温; 气溶胶粒子是大气中最重要的云凝结核, 气溶胶子增加对水循环的影响, 一般也表现为使云滴数量增加, 其气候效应也是使地表降温。”，这样就牵扯到另一个我们敏感的问题，那就是全球变暖问题，全球变暖的原因不用多说，这是人们每天都在讨论的问题，尤其是我们气象人，可以说每门有关课程的老师都会把全球变暖的问题跟我们讲一遍。更何况，气溶胶粒子是大气中的主要凝结核，我们的降水离不开气溶胶粒子。试想没有降水，我们的日子会变成怎样。连年的干旱，
生灵涂炭。 气溶胶的消极影响也是不容小觑的。“工业化革命以来, 人类活动不仅直接向大气排放大量粒子, 更重要的是向大气排放大量的二氧化硫, 二氧化硫在大气中通过非均相化学反应逐渐转化成硫酸盐粒子, 形成二次气溶胶。污染气体形成的大气气溶胶粒子自工业革命以来有较大幅度增加。”工业革命以来化石燃料的迅速消耗，尤其是燃烧效率较低的煤炭，使得大气中的气溶胶粒子含量不断增加，各种环境问题层出不穷。而现在我国的许多环境问题都与气溶胶息息相关，人类活动对气溶胶粒子的增加有着不可推脱的责任。反过来，气溶胶粒子又有对人类活动的反作用，“在城市大气中, 由于汽车尾气和燃煤排放出大量污染气体可通过气粒转化过程形成二次气溶胶,由于其粒子小、平均寿命长已对城市大气环境产生显著影响。首先微米级的气溶胶粒子对人的呼吸系统产生重要影响, 危害人类健康, 其次高浓度的气溶胶可以降低大气的能见度从而影响飞机的正常起落。”人类的生命健康这种头等大事正在被我们自己所摧残着，保护环境,抓紧对大气气溶胶的研究可谓是刻不容缓。 综上所述，我发现仅仅从积极消极方面已经是不能来形容气溶胶了，这就是我对气溶胶研究的认识。
激光雷达点云数据 LiDAR(Light Detection and Ranging)，是激光探测及测距系统的简称，另外也称Laser Radar或LADAR(Laser Detection and Ranging)，由激光雷达进行扫描所获取的数据，即为激光雷达点云数据。 激光雷达是用激光器作为发射光源，采用光电探测技术手段的主动遥感设备。激光雷达是激光技术与现代光电探测技术结合的先进探测方式。由发射系统、接收系统、信息处理等部分组成。发射系统是各种形式的激光器，如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器以及光学扩束单元等组成；接收系统采用望远镜和各种形式的光电探测器，如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等组合。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式，探测方法按照探测的原理不同可以分为米散射、瑞利散射、拉曼散射、布里渊散射、荧光、多普勒等激光雷达。 激光雷达的特点: 与普通微波雷达相比,激光雷达由于使用的是激光束,工作频率较微波高了许多,因此带来了很多特点,主要有： （1）分辨率高 激光雷达可以获得极高的角度、距离和速度分辨率。通常角分辨率不低于0.1mard也就是说可以分辨3km距离上相距0.3m的两个目标(这是微波雷达无论如何也办不到的),并可同时跟踪多个目标；距离分辨率可达0.lm；速度分辨率能达到10m/s以内。距离和速度分辨率高,意味着可以利用距离——多谱勒成像技术来获得目标的清晰图像。分辨率高,是激光雷达的最显著的优点,其多数应用都是基于此。 （2）隐蔽性好、抗有源干扰能力强 激光直线传播、方向性好、光束非常窄,只有在其传播路径上才能接收到，因此敌方截获非常困难，且激光雷达的发射系统(发射望远镜)口径很小,可接收区域窄，有意发射的激光干扰信号进入接收机的概率极低；另外，与微波雷达易受自然界广泛存在的电磁波影响的情况不同，自然界中能对激光雷达起干扰作用的信号源不多，因此激光雷达抗有源干扰的能力很强,适于工作在日益复杂和激烈的信息战环境中。
激光雷达探测大气气溶胶研究进展 周军 （中国科学院大气成分与光学重点实验室，合肥市230031）摘要本文分析了米散射（Mie）激光雷达、拉曼（Raman）激光雷达、高光谱分辨激 光雷达（HSRL）及偏振（Polarization）激光雷达在大气气溶胶探测研究中的特点及其应用进展。随着激光技术、光学机械加工技术、信号探测与采集技术的发展和新的探 测原理与方法的涌现，大气气溶胶探测激光雷达取得了长足的技术进步。激光雷达由 单波长单功能向多波长多功能发展；由仅仅夜晚探测向白天夜晚连续探测发展；由需 要人工干预向着无人值守自动化运行发展；由实验室的研究设备型向商业化产品型转 化。对于大气气溶胶光学参数、微物理参数和气溶胶分类的探测研究，需要定量地获 取多波长大气气溶胶消光系数、后向散射系数及退偏振比等光学参数，如2α（355nm，532nm）+3β（355nm，532nm,1064nm）+2δ（355nm，532nm）等。为此，研制被称 之为Next generation aerosol lidar的多波长Raman/HSRL-Mie-Polarization激光雷达系统为激光雷达界所关注。为了适应区域性和全球气候与环境变化对大气气溶胶三维空间 分布和时间演变资料（4D）的需求，近些年来，先后建立了区域性的地基大气气溶胶激光雷达观测网（如EARLINET、AD-Net等）。国际气象组织（WMO）正在此基础上组建全球大气气溶胶激光雷达观测网,G AW A esosol LI dar O bservation N etwork (GALION)。同时，气溶胶激光雷达的支撑平台也由地基向机载（如国家航空遥感系统）和星载（如CALIPSO）方向发展。 关键词激光雷达、大气气溶胶、气溶胶观测网 1. 气溶胶激光雷达的功能 2008年10月世界气象组织（WMO）发布的GAW Report No.178《Plan for implementation of the GAW Aerosol Lidar Observation Network GALION》文件中明确地给出了各种类型的激光雷达探测大气气溶胶的功能[1]，如表1所示。 表1.各种类型的激光雷达探测大气气溶胶（云）的功能。
浅谈大气探测技术 摘要：近年来，随着自然科学与技术的进步，国际气象探测技术也取得了显著的发展。本文在此阐述了以下几种探测技术，希望能与同行取得交流。 关键词：大气探测技术 一、利用微波折射率仪探测 探测对流层中大气时，折射率仪是众多测试手段中的唯一一种直接测量大气折射率的设备。它的研制可上溯到40年代。历史上有以谐振腔为传感器和以电容为传感器的两类折射率仪。后者虽重量轻，但其精度相对较低。目前常用的是前一种。以谐振腔测量空气折射率的原理是，通过测量谐振腔内空气折射率变化δN引起的谐振频率f的变化量盯来得到空气折射率N。δN=-δf/f。典型的仪器是3公分微波折射率仪，这种仪器的特点是测量精度高、响应速度快，其测量精度一般都达到IN单位，采样速度可在100次/秒以上。仪器稳定度可达士10-7/℃。采样腔的开口部分使折射率仪能够瞬间响应空气的折射率变化。它在雷达定位等系统的工作中是大气结构精确测定的必需设备。目前美国、前苏联、英国、法国、日本、印度等国都拥有微波折射率仪，并且在评价大气对雷达系统和通信系统的影响中，一直进行机载测量。 国内是电子部22所首先研制成功微波折射率仪并且是目前国内的唯一拥有单位，“八五”期间又自行研制成功的小型折射率仪，通过了部级鉴定。微波折射率仪的轻型微型化是其一个发展方向，这可以解决测量平台的困难，前苏联可生产重约1.5kg的微波折射率仪。 二、利用天气雷达探测探测 由于天气雷达探测在气象业务和科研工作中占有重要地位，其在监视和预报强风暴天气、洪水、咫风以及开展外场大气科学试验等方面，起着日益重要的作用，其发展也非常迅速。近年来主要是采用loCM雷达，探测距离一般迈45oKM，组成较完善的雷达网，配备有较完善的伺服系统，依靠电子计算机实现了回波资料的数字化处理，和用户之间也有较好的传输设备。 我国武汉的数字化天气雷达系统由WSR一815雷达、数据处理(用PDP一11/44计算机)，终端显示和自动雨量站校准4个子系统组成，有8种彩色图象和数据产品:PPI、RHI、ZPPI、CAPPI、VIL、ECTOP、COI、MAX及HYDRA(64个河流子区域平均攀积降雨量)。微机远程终端网络作为数字化天气雷达系统的产品分发子系统。 英国气象局的雷达观测网的建设积20多年的研究和发展，已形成覆盖全英主要地区的雷达网。另外，再加上西欧的气象雷达网，这些为短时预报提供分辨率极高(雷达站附近ZXZKM，全国范围sx5KM，每五分钟扫描一次)的降水(雨或
大气气溶胶有机成分研究进展 【摘要】 有机物是大气气溶胶的重要组成部分，尤其是在细颗粒中，可占其干重的10% ~ 70%。由于有机气溶胶的健康及气候效应，有机物的组成、源分布、颗粒行为等的研究越来越受到人们的重视。其中，有机物成分的鉴别和定量已成为近年来的研究热点。在分析中，就目前有机气溶胶的采样、有机成分提取、分离及定性、定量分析方法进行了综述，并比较了各种方法的优缺点。 【关键词】气气溶胶有机成分采样提取与分离定性与定量分析 由于气溶胶中有机物的人体健康效应、气候效应和环境效应，有机气溶胶的研究已经成为近年来的热点问题之一。有机物在大气中广泛存在，是气溶胶的重要成分，但是其含量变化很大，比如在美国东部城市和农村地区，有机物占大气气溶胶细粒子质量的30%；而在美国西部城市中则高达30%～80%[1]。根据其化学组成、溶解性及热力学性质，有机物(有机碳) 分为水溶性有机碳(WSOC)、水不溶性有机碳(WINSOC)、挥发性有机碳(VOC)和不挥发性有机碳(NONVOC)[2]。 大气气溶胶有机颗粒物的粒径大部分在0.1～0.5m之间,主要以积聚模态形式存在，难以被干、湿沉降去除，主要通过大气的流动带走, 或者通过自身的布朗运动扩散除去，所以在大气中的滞留时间较长。气溶胶中的有机成分含有许多对人体产生“三致”作用(致癌、致畸、致突变) 的物质，如多环芳烃和亚硝胺类化合物等。这些物质中有70%～90%分布在粒径Dp<35μm范围内，易于进入肺的深处并沉积,从而引起癌症的发生,导致肺的损伤。 表1[3]列出了目前在大气气溶胶中所检测到的或预测存在的有机化合物的分类情况。从表1 可知，很多化合物具有较高亲脂性，甚至是疏水性的[3]，这类化合物使得液滴中水的含量降低，液滴的粒径变小。而较小的液滴在大气中沉降速度变慢，减少了降雨量。另一类是水溶性有机物(WSOC)，尤其是有机酸(如一元、二元羧酸)，它们的蒸汽压较低，极易富集在气溶胶颗粒物表面并生成盐，形成凝结核，从而增强了云的反射，并且使雨水的酸性增强。