【摘 要】
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激光雷达技术以其高空间分辨率的廓线探测优势,在大气科学相关领域发挥着重要作用。相比于采用传统回波能量接收方式的激光雷达技术,基于光谱检测的瑞利-布里渊激光雷达技术的参数反演方法更加简便、高效。但是,瑞利-布里渊激光雷达技术的现有光谱处理方法,一方面会受到光电转换过程中的电噪声影响,另一方面会受到去卷积产生额外频谱引起的光噪声影响而降低参数反演精度。对于该技术的现有参数反演方法,散射谱半高线宽与温度
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激光雷达技术以其高空间分辨率的廓线探测优势,在大气科学相关领域发挥着重要作用。相比于采用传统回波能量接收方式的激光雷达技术,基于光谱检测的瑞利-布里渊激光雷达技术的参数反演方法更加简便、高效。但是,瑞利-布里渊激光雷达技术的现有光谱处理方法,一方面会受到光电转换过程中的电噪声影响,另一方面会受到去卷积产生额外频谱引起的光噪声影响而降低参数反演精度。对于该技术的现有参数反演方法,散射谱半高线宽与温度、压强的解析模型无法实现多参数反演,而Tenti-S6模型进行多参数反演会出现反演误差增大的现象。为了解决上述问题,本文主要工作如下:（1）本文针对现有暗电流处理方法受温漂影响而无法获得高精度光谱的问题,提出了一种新的暗电流处理方法。新方法将暗电流基线值作为Tenti-S6模型的参数参与拟合,再利用Tenti-S6模型中的基线拟合值与散射谱中的基线理论值的关系,计算出基线理论值,将其从散射谱中减去,实现散射谱基线校正。新方法所得残差为1.91%,温度、压强反演误差分别为1.9K、0.044bar,均小于现有方法。（2）本文针对巴特沃斯低通滤波无法滤除小于截止频率的低频噪声,以及迭代三点零阶S-G滤波（ITZSGF）无法滤除散射谱两端噪声的问题,提出了一种旋转S-G滤波方法。新方法将散射谱两端相连进行循环往复地滤波,直至滤波效果达到循环终止的条件,能够有效滤除低频噪声和散射谱两端噪声。新方法得到的温度、压强反演误差为1.49K、0.01bar,均小于巴特沃斯低通滤波和ITZSGF方法的反演误差。（3）本文针对现有参数反演方法无法实现气体温度和压强同步、精确反演的问题,提出了一种基于瑞利线宽和整体线宽的双参数反演方法。新方法根据气体温度、压强与光谱特征参数的解析关系,构建了参数型反演模型,并确定了最佳参数型反演模型。新方法的温度、压强反演误差为0.603K、0.036bar,均小于Tenti-S6模型的反演误差。（4）本文针对现有建模方法限制参数型反演方法精度提升的问题,提出了用两组互为反转关系的整体线宽构建反演模型的反转建模方法。理论研究表明,新方法有更小的拟合误差和理论误差,且能够在较小波长条件下发挥出高精度反演的优势。新方法的温度、压强反演误差为0.211K、0.007bar,可作为现有双参数反演方法精度提升的辅助工具。本文针对现有光谱处理方法易受电噪声和光噪声影响的问题,提出了散射谱基线校正公式和旋转S-G滤波方法;针对现有反演方法不能精确反演多个大气参数的问题,提出了参数型反演模型和基于反转建模的整体线宽模型。这些理论研究可为该领域的科研工作者提供理论指导和技术支持。
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