【摘 要】
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大气温度是重要的气象参量,对人类生活、农业生产潜力、大气系统和水循环都有着重要的参考意义。高光谱分辨率激光雷达探测技术作为非接触式遥感探测温度的重要手段,克服了辐射和接触带来的影响,可实现连续,高精度大气温度绝对探测。本课题在高光谱分辨率激光雷达探测绝对温度的基础上展开研究,论文主要针对空气温度高精度探测数据的处理方法及实验展开研究。论文得到主要结论如下:首先针对精确反演温度的数据处理方法展开研究
【基金项目】
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国家自然科学基金（编号:61775179）；
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大气温度是重要的气象参量,对人类生活、农业生产潜力、大气系统和水循环都有着重要的参考意义。高光谱分辨率激光雷达探测技术作为非接触式遥感探测温度的重要手段,克服了辐射和接触带来的影响,可实现连续,高精度大气温度绝对探测。本课题在高光谱分辨率激光雷达探测绝对温度的基础上展开研究,论文主要针对空气温度高精度探测数据的处理方法及实验展开研究。论文得到主要结论如下:首先针对精确反演温度的数据处理方法展开研究,基于分于散射理论研究不同散射谱的理论模型,提出了激光能量占比扫描法和采样点中心修正法两种Mie散射校正方法,并从理论上证明此方法的可行性;然后对探测过程中存在不同类型的噪声信号提出相应的去噪方法,以及针对卷积、反卷积、维纳滤波等温度反演算法进行了理论分析。其次利用光学设计软件Zemax进行了仿真验证。在仿真实验中运用不同反演算法对模拟探测的理想瑞利散射数据进行处理和对比分析;并通过加入不同类别噪声进行仿真实验,分析滤波算法对噪声的剔除情况;讨论了布里渊散射对整个散射谱的影响,针对同压变温、同温变压等请况运用G3解析模型剔除Brillouin分量;最后进行Rayleigh散射和Mie散射叠加的仿真实验,对比分析了两种Mie散射校正算法优缺点,并对不同强度的Mie信号叠加在Rayleigh谱上进行仿真实验和校正处理。最后利用高光谱分辨率激光雷达系统完成了定点温度探测,对实验数据进行有效点提取、小波去噪、多组叠加、时频转换、Mie散射信号校正、温度反演等处理,分析不同小波层数对高光谱分辨率激光雷达数据处理的影响;对比分析不同小波层数去噪效果以及不同反演算法的优劣,得出维纳滤波反卷积能更好还原原始谱线;通过对叠加不同周期的信号进行分析,讨论扫描时间与信号叠加对温度反演的影响;采用半高宽法和拟合法两种方法进行温度反演,半高宽计算法很大程度依赖最高点值反演温度导致误差较大,而通过维纳滤波反卷积法处理后的谱线与模型谱线进行拟合,反演温度误差较小。在不同温度的探测实验中,经数据处理后,拟合法计算出均方根误差控制在0.01以内,反演的平均温度误差为0.74K,最大温度误差为1.13K,反演的温度精度较高。本研究对高光谱分辨率激光雷达探测大气温度高精度反演具有重要意义。
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