钠激光雷达在临近空间探测方面的最新进展
太空探测技术的新发展与趋势
太空探测技术的新发展与趋势随着现代科技的快速发展，太空探测技术也在不断地发展。
近年来，随着国家对于航天事业的重视和投入，太空探测技术得到了巨大的发展，不仅使得人类对于太空的认识不断地增强，而且为人类的科学研究、商业利用与军事战略等方面提供了全新的机会和方式。
本文将会介绍太空探测技术目前的新发展与趋势。
一、新兴技术瞩目1.深度无人探测技术随着无人探测技术的不断普及，深度无人探测技术也成为了当前的瞩目技术。
深度无人探测技术是指可以在较长时间内，完成在太空中的观测、勘察、侦测和分析等任务的技术手段，其优势在于可以不断地进行数据采集和分析，以便更好地了解太空环境，同时也是未来建议太空站的必要手段。
2.空间残留物激光探测技术空间残留物激光探测技术是指利用先进的激光技术来探测太空中存在的各种残留物，以保护太空站和运载器的安全，同时也对地球环境进行保护。
该技术需要较高的精度，可实现太空中物质的实时检测、定位、跟踪和操纵。
二、应用领域不断扩大1.太空作物种植随着地球人口的不断增长，太空作物种植成为了人类的关注焦点。
太空作物种植可以为未来的太空探险提供长期的食品来源，同时也可以进行植物生长和物理、生化研究。
过去，人们普遍认为在太空中种植作物是不可能的，但是随着技术的发展，太空作物种植已经成为了可能。
2.太空物流太空物流是指通过太空站、航天器和载人飞船等手段对于太空中物品进行运输的方式，目前已成为了太空探索的新领域。
太空物流不仅可以为太空站提供装备和食品等物资，还可以进行太空与地球的商贸活动，极大地促进了经济的发展。
三、人工智能与人机合一随着人工智能技术的不断发展，人机合一成为了太空探测技术发展的新趋势。
人机合一技术结合了决策、推理、传感、运动控制、通信等多种技术，能够更好地完成干预控制和数据分析的工作。
未来，太空探测任务中将大量运用人机合一技术，以便更好地完成太空探索与常规工作。
综上所述，太空探测技术的发展既有新兴技术的创新运用，也有应用领域的不断扩大，同时还需要结合人工智能与人机合一技术。
用激光雷达探测合肥高空钠层的变化
中高层大气或中间层是复杂光化学和动力学相互作用的区域 ， 是火箭、 导弹和高频及卫星通讯电波的通过 区， 对其 探测与 研究 对 国防 和高科 技应 用有 重要 意义 。同 时对 这段 区域 的探测 衔 接 和 弥补 了地 面 探 测和 太空 探测之间空缺 。位于大约 ８ ～１０ｋ Ｏ １ ｍ高空的中间层顶附近 ， 存在一稳定的钠原子层 ， 来源于流星在大气 中的
第 １ 期 ２
刘小勤 等，用激光雷达 探测合肥高空钠层 的变化
脉冲放 大器 、 多通道 光 子计 数 卡等 组成 选 用低 噪声 光 电倍 增 管 ９１ＱＢ并 配有 制 冷 管 ， 般工 作 在 一２ ８７ 一 Ｏ℃。 整个 测 量过 程 在计算 机 控制 下 完 成 。
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第ｌ ８卷 第 ｌ ２期 ２０ 年 １ ０６ ２月
ห้องสมุดไป่ตู้
强 激 光 与 粒 子 束
ＨＩ ＧＨ ＰＯＷ ＥＲ ＡＳ Ｌ ＥＲ ＡＮＤ ＰＡＲＴＩ Ｅ Ａ Ｍ Ｓ ＣＬ ＢＥ
Ｖｏ ． ８ Ｎｏ １ Ｉ１ ， ． ２
Ｄｅ ．， ００ ｃ ２ ６
燃烧熔 化 。由于金 属钠 原子具有 较 大的共 振荧 光散 射截 面 、 大的粒子 密度 和适 合 的共振 荧光 波长 ， 较 有利 于共
振荧光激光臂达探测 ， 中高层大气波动的良好示踪物 。利用钠原子共振荧光激光雷达 ， 是 不仅能探测和研究钠 层本身的特性 ， 还可以通过钠原子的示踪作用获得研究 中间层项和低热层的大气 化学和动力学的相关信息。
１ 钠荧光激光 雷达结构
本激光雷达从整体上可分为激光发射 、 光学接收和信
号检测 ３部分 组成 ， 系统 结构 如图 １ 示 。 所
地基激光雷达对临近空间大气的探测研究
地基激光雷达对临近空间大气的探测研究临近空间是20km～100km高度的空间区域,其独特的资源优势已成为各国关注的热点和焦点,开展临近空间大气环境的特殊性研究,对临近空间飞行器技术发展具有十分重要的意义。
基于瑞利散射原理的瑞利激光雷达可对临近空间高度大气开展高时空分辨率的连续精确观测,是探测和研究临近空间大气参数结构及变化趋势的有效手段。
中科院安光所环境光学监测技术重点实验室构建了瑞利散射激光雷达系统,对我国西北某地临近空间高度大气进行了长期持续观测。
本文分析研究了瑞利激光雷达数据反演方法,对瑞利激光雷达系统性能进行了验证评估,并采用该套瑞利激光雷达系统对观测地临近空间高度(20km～40km)大气进行了观测和研究,获得以下结果。
构建了 532nm单接收口径瑞利激光雷达系统,得到了观测地临近空间高度(20km～40km)的大气密度、压力和温度廓线。
将瑞利激光雷达数据与观测地球载探空数据、风云三号(FY-3C)卫星数据、NRLMSISE-00大气模式和美国标准大气模式数据进行对比,验证了激光雷达探测性能及算法的可靠性。
对反演算法中可能引入的误差,从臭氧和气溶胶的影响、统计误差和参考点的选取三方面进行了分析。
重点对反演过程中参考点对反演精度的影响进行了分析研究。
研究发现不同参考模型数据对瑞利激光雷达数据反演结果具有较大影响;同一参考模型不同参考高度对大气密度和压力反演结果影响不大,在不同参考高度下反演所得的大气温度差异较大。
为提高激光雷达系统数据稳定性和回波信噪比,改善大气参数反演精度,对532nm单接收口径瑞利激光雷达系统进行了优化改进。
对参考点的数值计算方法进行了优化,降低大气分子密度初值的不确定性带来的影响。
改进后的系统首次采用了紫外波段355nmNd:YAG激光器和4只400mm 口径卡塞格林式望远镜阵列接收天线。
通过与改进前532nm单接收口径瑞利激光雷达系统探测结果对比,结果显示改进后的355nm激光雷达系统信噪比是532nm激光雷达系统的6倍,355nm激光雷达系统的大气密度及压力测量稳定性高于532nm激光雷达系统。
Na-T-A激光雷达系统及钠层密度和大气温度探测研究的开题报告
Na-T-A激光雷达系统及钠层密度和大气温度探测研究的开题报告一、研究背景及意义随着我国航空航天事业的发展，对大气层的观测和研究也越来越重要。
其中，钠层密度和大气温度的探测是研究大气层结构和活动的重要手段之一。
而钠层的激发和退激发过程以及大气温度的变化对激光雷达探测散射信号的影响也非常显著，因此需要开发高精度的激光雷达系统来探测大气层中的钠层密度和大气温度。
近年来，Na-T-A激光雷达系统成为了研究大气钠层和温度的重要手段。
该系统利用具有特定波长的激光束照射大气层中的钠层，激发钠原子发生荧光，从而探测钠层密度和大气温度。
目前，Na-T-A激光雷达系统已经得到广泛应用，并在大气物理学、空间天气学、地球科学等领域发挥了重要作用。
二、研究内容和方法本研究旨在开发Na-T-A激光雷达系统，并进行钠层密度和大气温度的探测研究。
具体内容和方法如下：1. Na-T-A激光雷达系统的设计和制造。
本研究将设计和制造一套高精度的Na-T-A激光雷达系统，包括激光器、望远镜、自适应光学系统和探测系统等组成。
该系统可以探测大气层中的钠层密度和温度，并在探测过程中实现自适应光学校正。
2. 钠层密度和大气温度的探测研究。
本研究将利用Na-T-A激光雷达系统对大气层中的钠层进行探测，并根据探测结果计算钠层密度和大气温度的变化。
探测数据将通过数据处理和分析，得出钠层密度和大气温度的变化规律，并与已有的研究结果进行对比和分析。
三、研究预期结果和意义本研究预期将得出钠层密度和大气温度的变化规律，并对钠层的激发和退激发过程以及大气温度的变化对激光雷达探测散射信号的影响进行研究和分析。
同时，该研究还将开发出高精度的Na-T-A激光雷达系统，为大气层的观测和研究提供了有力的手段和工具。
该研究结果具有重要的理论和实践意义，不仅对大气物理学、空间天气学、地球科学等领域的研究有着重要的启示，也将为我国航空航天事业的发展提供技术支持和指导。
海口上空突发“三峰”钠层观测
海口上空突发“三峰”钠层观测黄光鉥;陆鹏泽;张铁民【摘要】使用Nd:YAG激光器泵浦染料激光器产生的589 nm激光与中高层大气中钠原子发生共振,利用直径为1000 mm的望远镜接收钠层的光子回波,研究了2014年8月30日12:09 UT到18:21 UT中国海口市中高层大气中钠层密度分布.在12:25 UT到12:42 UT观测到突发“三峰”钠层的出现,共持续17 min.做出了突发“三峰”钠层密度和高度随时间变化的关系曲线,做出了突发“三峰”钠层密度和高度的变化范围和趋势,并且计算了突发钠层的强度因子.此外,还将突发“三峰”钠层峰值密度与儋州测高仪所测得的电离层突发数据进行对比,获得两者的相关性.【期刊名称】《海南师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(031)002【总页数】5页(P232-236)【关键词】激光雷达;钠层密度;突发钠层【作者】黄光鉥;陆鹏泽;张铁民【作者单位】海南师范大学物理与电子工程学院,海南海口571158;海南师范大学物理与电子工程学院,海南海口571158;海南师范大学物理与电子工程学院,海南海口571158【正文语种】中文【中图分类】P352人类的生活、生产以及安全都直接受到大气状态和变化的影响. 因为激光对大气探测不存在盲区，所以在大气探测中使用激光雷达是非常有效的方法. 高度为80～110 km范围的大气层为各种金属原子层. 其中，金属钠原子具有较大的共振荧光截面、较大的粒子密度和最合适的共振荧光波长,故对钠层的激光雷达探测最先实现[1]. 钠层密度研究是对中高层大气性质认识的基础，可以进一步分析出中高层大气的物理、化学和动力学特性. 钠层的各种特征中，突发钠层最受关注[2-6]. 突发钠层指：在正常的钠层中，在比较窄的高度范围内，钠层密度突然增强. 突发钠层的主要特征是：具有较高的峰值、较窄的宽度[7].本文阐述2014年8月30日在中国海南省海口市(20° 02′ 45.97″ N，110° 11′ 38.39″ E)观测到的比较特殊的突发“三峰”钠层现象，并对其特性进行分析.1 设备1.1 设备简介位于中国海口市的激光雷达系统,既是中国子午工程的重要站点，也是中国低纬度激光雷达观测站. 此激光雷达观测站主要目标是探测低纬度地区中间层顶钠层特性，进而分析低纬度中间层顶区域大气温度、密度等情况[8].1.2 设备参数设备的详细参数可参见文献[7].2 观测与讨论2.1 突发钠层密度的强度因子计算图1为突发“三峰”钠层峰值密度廓线和钠层平均密度廓线，其中实线表示的是2014年8月30日12：09 UT到18：21 UT共计372 min内钠层密度平均值随高度的变化，虚线表示的是12：27 UT时突发钠层峰值密度廓线.图1表明，在372 min内钠层密度的平均值也近似呈现出了三个峰(见实线). 通过与虚线的峰相比较，我们可以看出两者的“三峰”高度并不一一对应，而且实线的变化幅度和最大值比虚线要小很多. 对比所测得的数据可知，虚线第一个峰(以下简称峰一)的值为4943 cm-3，同一高度钠层密度的平均值为2133 cm-3，通过计算可以得到强度因子为2.3；第二个峰(以下简称峰二)的值为7723 cm-3，同一高度钠层密度的平均值为1206 cm-3，通过计算可以得到强度因子为6.4；第三个峰(以下简称峰三)的值为10358 cm-3，同一高度钠层密度的平均值为1279 cm-3，通过计算可以得到强度因子为8.1.图1 钠层峰值密度和平均密度廓线Figure 1 Sodium layer peak density and average density profile2.2 突发钠层主要分布范围图2为2014年8月30日12：09 UT到13：00 UT观测到的海口上空突发“三峰”钠层演变过程. 从图2可以看出，在12：16 UT时，96～99 km处的一个峰演变成为两个较近的峰，两峰高度随时间逐渐增大. 随后，在12：50 UT时，其中一峰与12：21 UT在92～95 km逐渐出现的峰合并成为一个峰. 具体说来，峰值高度从低到高，峰一在91～92 km处，峰二在94～97 km处，峰三在98～100 km处.图2 2014年8月30日海口上空突发“三峰”钠层演变过程Figure 2 The evolution of the “three peaks” sodium layer over Haikou on August 30, 20142.3 突发“三峰”钠层的主要特点2.3.1 “三峰”峰值密度随观测时间的变化图3为“三峰”峰值密度随时间变化的折线图. 在12：25 UT到12：42 UT这段时间内，峰一的峰值密度从4293 cm-3变化到4955 cm-3，其中最小值为2856 cm-3，最大值为5806 cm-3，变化幅度是三个峰中最小的；峰二的峰值密度从5478 cm-3变化到6698 cm-3，其中在12：29 UT达到最小值4853 cm-3，在12：31 UT达到最大值9872 cm-3，变化幅度较大；峰三的峰值密度从9184cm-3变化到4966 cm-3，其中在12：40 UT达到最小值4559 cm-3，在12：27 UT达到最大值10358 cm-3，变化幅度最大.图3 “三峰”峰值密度随时间变化Figure 3 Peak densities of the “three peaks” changing with time三个峰的峰值密度总体变化呈现出三次先增后减，且最后有趋于一致的趋势. 具体来说，在12：29 UT和12：33 UT，三个峰的峰值密度都达到极小，在12：27 UT、12：31 UT和12：34 UT都达到极大值，之后三个峰的峰值密度缓慢降低，并趋于稳定.其中，在12：30 UT之前，峰三的最大值为10358 cm-3，峰二的最大值为7723 cm-3，峰一的最大值为4943 cm-3；但是12：30 UT之后峰二的峰值密度短时间内激增，在12：31 UT已经超过了峰三成为三个峰中峰值密度最大的峰，并且极大值比峰三大了1190 cm-3，峰一的峰值密度虽然也有所增加，但增加比较平缓，最大值为5906 cm-3，而峰三在达到极大值8682 cm-3之后便逐渐降低并接近峰一的值.2.3.2 “三峰”峰值高度随观测时间的变化图4为“三峰”峰值高度随观测时间变化的点线图. 从图4中可以看出各峰峰值高度总体上变化不大，变化幅度最大的峰二为3 km左右.图4表明，峰一峰值高度在12：34 UT达到最高为94.8 km，在12：42 UT达到最低为92.1 km.在观测时间范围内峰一峰值高度的变化大体上是随时间降低的，只是在12：34 UT时峰值高度突然增高，持续时间1 min左右，而后变化趋于平缓. 峰二峰值高度的变化幅度在三个峰中最大，且逐渐变小，其中在12：26 UT峰值高度最高，为96.9 km，在12：42 UT 峰值高度最低，为94.1 km. 峰三峰值高度变化幅度很小约为1 km，几乎是呈一条水平直线，高度维持在99 km左右.在“三峰”的相对位置关系中，峰一和峰二刚开始距离相差3.3 km，最后相差1.7 km，距离最近时相差0.8 km，两峰有汇聚成一个峰的趋势. 峰二和峰三的距离则越来越大，从刚开始的1.8 km，到最后的5.5 km，两峰的间距很大，分层很明显，有长时间保持两个峰的趋势.图4 “三峰”峰值高度随时间变化Figure 4 Peak heights of the “three peaks” changing with time2.4 突发钠层与电离层突发的关系图5为2014年8月30日12：00 UT到12：55 UT海南儋州测高仪观测到Es(Es是指出现在电离层E区高度附近不同于正规E层的等离子不规则体[8])的foEs(发生Es时的临界频率)和h′Es (虚高)的变化. 从图中可以看出foEs在12：15 UT时达到最大值为3.90 MHz，对应的h′Es为100 km. 目前，有理论研究认为突发钠层的产生与电离层偶发E层有密切关联[9]. 通过与图2对比，突发钠层密度在12：27 UT时达到最大，比foEs达到最大值的时间晚了12 min，而突发钠层峰值高度比h′Es低了1.4 km. 这表明突发钠层与电离层突发有很强的相关性.图5 2014年8月30日海南儋州测高仪观测的Es临界频率和虚高Figure 5 The foEs and h’Es observed on the side elevation of Danzhou on August 30, 20143 结论通过对2014年8月30日12：09 UT到18：21 UT海口市上空中高层钠层的观测，研究了中国低纬度地区中高层大气的钠层密度，观测到了突发“三峰”钠层现象. 与儋州测高仪电离层突发数据相比较分析，显示出了两者有很好的相关性. 对于突发“三峰”钠层产生的具体原因，还有待于进一步的研究讨论.致谢海南儋州测高仪数据由国家子午工程数据库提供.参考文献：【相关文献】[1] 杨国韬. 中国武汉上空钠层的激光雷达观测、特性分析及理论模拟[D]. 北京: 中国科学院研究生院, 2001.[2] BATISTA P P, CLEMESHA B R, BATISTA I S, et al. Characteristics of the sporadic sodium layers observed at 23 °S[J]. Journal of Geophysical Research, 1989, 94(1): 15349-15358. [3] BATISTA P P, CLEMESHA B, SIMONICH D M. Orizontal structures in sporadic sodium layers at 23 degrees south[J]. Geophysical Research Letters, 1991, 18(6): 1027-1030. [4] COLLINS R L, HALLINAN T J, SMITH R W, et al. Lidar observations of large high-latitude sporadic Na layer during active aurora[J]. Geophysical Research Letters, 1996, 23(24): 3655-3658.[5] COX R M, PLANE J M C. An ion-molecule mechanism for the formation of neutral sporadic Na layers[J]. Journal of Geophysical Research, 1998, 103(D6): 6349-6359.[6] GARDNER C S, KANE T J, HECHT J H, et al. Formation characteristics of sporadic Na layers observed simultaneously by lidar and airglow instruments during ALOHA-90[J] Geophysical Research Letters, 1991, 18(7): 1369-1372.[7] 张铁民,王继红,傅军. 2010年5月4日夜间海口上空钠层密度的激光雷达观测研究[J]. 空间科学学报, 2013, 33(1): 48-52.[8] 张铁民,王继红,刘汉军. 2010年海口上空突发钠层事件观测[J]. 空间科学学报, 2015, 35(5): 566-573.[9] COLLINS S C, PLANE J M C, KELLEY M C, et al. A study of the role of ion-molecule chemistry in the formation of sporadic sodium layers[J]. Journal of Atmospheric and Solar-terrestrial Physics, 2002, 64(7): 845-860.。
dinsar行业发展现状
dinsar行业发展现状
dinsar技术是一种利用合成孔径雷达（SAR）数据进行交叉植被干扰观测的方法。
近年来，随着遥感技术的进步和大数据的快速发展，dinsar行业迅速发展并逐渐呈现出以下几个特点：
1. 技术发展水平提升：dinsar技术在数据采集、处理和分析方面取得了显著进展。
新的雷达传感器和高分辨率图像获取系统的引入，使得数据的质量和分辨率得到了提高，进而增强了dinsar的精度和可靠性。
此外，数字图像处理和计算机算法的不断创新也使得dinsar技术更加高效和精确。
2. 应用领域广泛：dinsar技术被广泛应用于土地监测、灾害评估、城市规划和环境保护等多个领域。
在土地监测方面，dinsar技术可以实时监测地表的形变情况，帮助农民合理安排农业生产；在灾害评估方面，dinsar技术可以监测地震、火山喷发和滑坡等自然灾害的发生及其影响范围，为救灾和应急措施提供重要参考；在城市规划和环境保护方面，dinsar技术可以监测城市地下管网的变形和地表沉降情况，提供城市规划与环境管理的科学依据。
3. 产业发展潜力大：随着dinsar技术的不断成熟和市场需求的增加，dinsar产业也呈现出快速增长的趋势。
不仅大型航天科技公司投资研发dinsar相关产品和服务，越来越多的中小企业也纷纷加入到这一领域。
此外，政府对于dinsar技术在国土资源管理和灾害预警方面的重视也为产业的发展提供了政策支持和市场保障。
总的来说，dinsar行业发展迅速且前景广阔。
随着技术的进一
步突破和市场的不断扩大，dinsar技术在土地监测、灾害评估、城市规划和环境保护等领域的应用将会得到进一步深化和拓展。
近空间探测器的科学探测与技术路线
近空间探测器的科学探测与技术路线一、引言随着人类社会的不断发展以及科技的不断进步，近空间探测器的应用越来越广泛。
近空间探测器是指在距离地球表面数百公里到数万公里之间，执行科学探测和技术实验任务的航天器。
近空间探测器具有观测范围广、精度高、数据传输速度快等优点，因此在天文学、地球科学、空间物理学等领域得到了广泛的应用。
本文将就近空间探测器的科学探测与技术路线展开阐述，全面介绍近空间探测器的发展现状、最新研究成果及其未来发展方向，以期为相关研究人员提供一些有益的参考。
二、近空间探测器的科学探测1. 天文学探测天文学探测是近空间探测器的重要应用之一。
近年来，近空间探测器在天文学领域的应用得到了广泛的发展，其主要任务包括研究宇宙起源、星际物质形成、恒星演化等。
以“中国暗能量天文卫星”（由中国科学院主导）为例，该卫星主要任务是通过日地拉格朗日L2点对宇宙暗能量的探测，研究宇宙加速膨胀的物理机制。
卫星利用三个不同的探测器，通过测量宇宙微波背景辐射、张量模式及弱引力透镜效应来获得有关暗能量的数据信息。
此外，美国太空局计划于2021年发射的“James Webb Space Telescope”将成为迄今为止最大的空间望远镜，与“哈勃太空望远镜”相比，它拥有更大的口径、更高的灵敏度和更广泛的光谱范围。
它的目的是探索宇宙的远古历史，解开星系、恒星和行星诞生和演化的谜团，以及寻找生命存在的证据。
2. 地球科学探测近空间探测器在地球科学领域的应用主要涉及大气层、电离层、地球磁场等方面。
其中，大气层探测主要是针对大气层成分和结构的探测，其主要任务包括测量大气层的成分、密度、温度、外型、风场、臭氧浓度等。
美国太空局的“磨盘卫星”是目前用于大气层研究的最大卫星之一。
该卫星在完成对流层和平流层的探测任务后，还进行了对地球磁场极光的观测。
在地球磁场探测方面，欧洲空间局于2013年发射了“Swarm卫星”，该卫星是一组三颗卫星，由瑞典、德国、法国和加拿大研制。
激光雷达空间感知技术及其应用前景
激光雷达空间感知技术及其应用前景激光雷达作为一种高精度、高分辨率的测距传感器，具有广泛的应用前景。
在近年来的技术发展中，激光雷达不仅在军事领域有着重要的应用，还被广泛应用于自动驾驶、机器人导航、环境地图构建等领域。
首先，激光雷达在自动驾驶系统中发挥着重要的作用。
自动驾驶技术的核心是对周围环境的感知和理解。
激光雷达能够通过向周围发射激光脉冲并接收反射回来的光信号，实现对周围环境的高精度感知。
激光雷达可以通过测量反射光信号的时间延迟和相位差，精确地计算出周围物体与车辆之间的距离和位置信息。
这些信息可以帮助自动驾驶系统进行路径规划、障碍物避让等操作，提高行驶的安全性和智能化水平。
其次，激光雷达在机器人导航中也具有重要意义。
机器人导航是指机器人在未知环境中自主地进行移动和定位的能力。
激光雷达能够提供高精度的环境感知数据，帮助机器人建立地图，并实现自主导航。
机器人可以通过激光雷达获取周围环境的几何信息，识别障碍物的位置和形状。
激光雷达还可以识别地面、墙面等不同物体的反射特性，从而帮助机器人进行地面识别和定位。
激光雷达的高精度感知能力为机器人导航提供了可靠的支持，使机器人能够在复杂的环境中精确移动和定位。
此外，激光雷达在环境地图构建中也有着广泛的应用。
环境地图是对周围环境进行描述和建模的过程，是许多智能系统的基础。
激光雷达能够提供高分辨率的点云数据，帮助构建精确的环境地图。
通过对激光雷达返回的点云数据进行处理和分析，可以提取出周围环境的几何信息、物体分布情况等。
而这些信息对于智能系统的决策和规划具有重要意义。
例如，在室内导航系统中，激光雷达可以帮助构建室内地图，实现准确定位和路径规划；在无人仓库系统中，激光雷达可以帮助构建货物堆放的三维地图，实现智能的货物管理和调度。
总结来说，激光雷达空间感知技术具有广泛的应用前景。
在未来的发展中，激光雷达将继续发挥重要的作用，并随着技术的进步不断提升其感知能力和应用水平。
探索太空探测的最新技术进展
探索太空探测的最新技术进展当我们仰望星空，那无尽的宇宙总是充满着神秘和诱惑。
人类对于太空的探索从未停止，而每一次的技术突破都如同点亮了一盏明灯，引领我们更深入地了解宇宙的奥秘。
近年来，太空探测领域取得了一系列令人瞩目的新技术进展。
其中，新型推进技术的发展尤为关键。
传统的化学推进系统在效率和推力方面存在一定的局限性，而电推进技术的出现为太空探测带来了新的可能。
电推进系统利用电能来加速推进剂，产生微小但持续的推力，虽然单个推力较小，但在长时间的工作中能够显著节省燃料，从而增加航天器的有效载荷或延长任务时间。
离子推进器和霍尔推进器是电推进技术中的典型代表，它们已经在一些卫星和探测器上得到了成功应用。
在太空探测中，通信技术的进步也至关重要。
随着太空任务的日益复杂和数据量的不断增加，高速、稳定的通信成为了必需。
激光通信技术的出现，为解决这一问题提供了新的途径。
相较于传统的无线电通信，激光通信具有更高的带宽和更低的能量损耗，可以实现更快速、更大量的数据传输。
目前，激光通信技术已经在一些太空任务中进行了试验和初步应用，未来有望成为太空通信的主流方式。
太空探测中的材料科学也取得了重大突破。
为了应对太空环境中的极端条件，如高温、低温、辐射等，新型的高性能材料不断涌现。
例如，具有优异抗辐射性能的特种合金和复合材料，能够有效保护航天器及其内部的设备和仪器。
此外，自修复材料的研究也在不断推进，这种材料能够在受到损伤时自动修复，提高了航天器的可靠性和使用寿命。
太空探测器的小型化和智能化也是当前的重要发展趋势。
小型化的探测器不仅可以降低发射成本，还能够更灵活地执行任务。
而智能化技术的应用，则使得探测器能够自主决策、自主适应环境变化，大大提高了探测效率和任务成功率。
例如，一些探测器配备了先进的人工智能算法，可以对收集到的数据进行实时分析和处理，自主选择最佳的观测目标和探测策略。
太空探测中的能源供应技术也在不断创新。
太阳能是目前太空探测器最常用的能源来源，但在一些远离太阳的任务中，太阳能的供应就显得不足。
空间科学和探测技术的新进展
空间科学和探测技术的新进展探索宇宙、认识自然，一直是人类不懈的追求。
随着现代科技的不断发展，空间科学和探测技术日新月异，为人类对宇宙的认识带来了越来越多的启示。
本文将为读者介绍近年来空间科学和探测技术的新进展。
一、合成孔径雷达成像技术合成孔径雷达是一种用于地球或其他行星表面观测的无源遥感技术。
它是通过接收反射、散射或散射反射的微波信号，来探测地球或其他天体表面的物理、化学、生物及地质构造等参数的技术。
该技术的一大优点是可以在白天和夜晚、晴雨云雪等多种气象条件下实现高精度、全天候的观测和成像。
近年来，合成孔径雷达成像技术已经被广泛应用于地球观测、气象监测、环境评估、城市规划等领域。
同时，它也已经开始被应用于月球和火星等星球表面的勘察和探测中。
二、空间激光通信技术空间激光通信是一种用于两个或多个空间平台之间进行高速、稳定、安全通信的技术。
它是通过激光束在空间中传递信息，使得能量利用率更高、带宽更宽、传输距离更远、抗干扰性更强。
空间激光通信技术可以实现数百兆比特到数千兆比特每秒的数据传输速率，比目前广泛应用的微波通信技术快得多。
空间激光通信技术的发展将为未来空间探测任务、卫星导航、天基测量、环境监测等提供更高质量的数据传输手段。
三、星箭共用技术在过去，每一次发射有效载荷（如卫星）都需要使用不同的火箭，这意味着高昂的成本和资源的浪费。
为了解决这些问题，星箭共用技术应运而生。
星箭共用技术可以实现多个卫星或其他有效载荷在同一火箭上共同发射，从而降低发射成本和提高成本效益。
这种技术已经在很多国家的航天工程中得到了广泛应用。
四、航天器3D打印技术3D打印技术，是一种新兴的快速成型技术，它在生产、制造、医疗、文化艺术等领域中都得到广泛应用。
而航天器也可以通过3D打印技术来对部件进行制造，从而更好地适应航天器的复杂结构和高质量要求。
将3D打印技术应用于航天器制造中，可以构建更复杂、更纤细、更强壮的构件，同时也可以实现模块化和自适应结构等先进设计理念，为未来太空探测任务提供更好的技术保障。
激光雷达原理及在地质勘探中的应用
激光雷达原理及在地质勘探中的应用激光雷达是一种将激光束发送到目标物体上，接收返回的反射激光的传感器。
它可以用于各种应用领域，包括建筑、制造、地质勘探等。
其中在地质勘探中，激光雷达得到了广泛的应用。
激光雷达的原理激光雷达的原理和测距仪类似。
激光束从雷达发射器发出，经过一定距离后，反射回来。
利用光学仪器，可以测量出激光束来回的时间，从而计算出目标物体到雷达的距离。
由于光速是一个已知常数，所以可以通过计算激光来回所需的时间来准确确定目标物体的位置。
在地质勘探中的应用在地质勘探中，激光雷达是一种非常有用的工具。
它可以测量地表、建筑物和其他物体的高度、位置和形状。
使用激光雷达技术，可以进行建筑物、地形和地球表面等方面的三维建模，以获得更加准确的空间数据。
同时，激光雷达也可以检测薄层地质，例如陆地和海底地质结构。
在地质勘探领域中，激光雷达可以被用来绘制地质地图、地形地貌、岩体的结构、矿床或油气田的储量分布情况等。
使用激光雷达技术，勘探人员可以得到有关地质构造的精准数据，并准确地分析地表的高程和形态等信息。
由于激光雷达技术可以提供非常高分辨率的数据，因此在地质勘探中得到了广泛的应用。
在勘探过程中，激光雷达技术可以用来识别地质层位、矿床和石油储藏，从而为资源勘探和开采提供更加精确的数据支持。
同时，激光雷达技术还可以被用于地震和地质灾害监测等方面。
通过监测地表的形变，可以提前预警地震、滑坡和山体崩塌等地质灾害。
因此激光雷达技术在地质勘探中的应用前景十分广阔。
总结激光雷达是一种非常有用的技术，广泛应用于各种领域。
在地质勘探领域中，激光雷达可以提供非常高分辨率的数据，为勘探人员提供了精准的地质数据支持。
随着激光雷达技术的不断发展，相信将有更多的应用场景出现，到时候也需要我们不断地学习和探索。
激光雷达的发展历程和前景
激光雷达的发展历程和前景激光雷达（LIDAR）是一种光学遥感技术，通过发送激光束并接收其反射回的信号，对目标物体进行高精度测量。
这种技术在许多领域，如自动驾驶汽车、无人机、环境监测和地图制作等，都有着广泛的应用前景。
本文将详细阐述激光雷达的发展历程和未来的发展趋势。
一、激光雷达的发展历程激光雷达技术自20世纪60年代问世以来，经历了从机械扫描激光雷达到固态扫描激光雷达、从低分辨率到高分辨率的发展阶段。
下面我们将详细介绍激光雷达的重要发展里程碑。
1.机械扫描激光雷达20世纪60年代，科学家们开始研究利用激光进行远程测距。
早期的研究主要集中在机械扫描激光雷达上，这种雷达通过旋转镜面来扫描激光束，以实现对目标物体的测量。
然而，由于机械扫描激光雷达的可靠性和精度问题，这种技术逐渐被固态扫描激光雷达所取代。
2.固态扫描激光雷达固态扫描激光雷达的出现可以追溯到20世纪90年代。
这种激光雷达采用固定的光学系统和电子控制系统，通过控制阵列的发射和接收单元来实现对目标物体的测量。
固态扫描激光雷达具有更高的测量精度和可靠性，同时具有更快的扫描速度。
3.从低分辨率到高分辨率早期的激光雷达系统通常只能实现低分辨率的测量，这限制了它们的应用范围。
随着技术的发展，高分辨率激光雷达系统的出现使得对目标物体的测量更加精细。
高分辨率激光雷达系统可以提供更高的测量精度和更丰富的数据信息，使得其在地图制作、环境监测和无人驾驶汽车等领域的应用更加广泛。
二、激光雷达的前景随着技术的不断进步和应用需求的增长，激光雷达市场呈现出快速发展的趋势。
下面我们将从应用领域和技术创新两个方面来探讨激光雷达的未来发展前景。
1.自动驾驶汽车自动驾驶汽车是激光雷达技术的重要应用领域之一。
激光雷达可以提供精确的环境感知信息，帮助自动驾驶汽车实现安全可靠的自动驾驶。
随着自动驾驶技术的不断发展，激光雷达在自动驾驶汽车中的应用前景也将越来越广阔。
2.环境监测与地图制作激光雷达技术在环境监测和地图制作领域的应用也越来越广泛。
ldar技术在国内外的应用现状及发展趋势
"LIDAR" 是“Light Detection and Ranging”（光探测与测距）的缩写，是一种通过激光雷达技术来获取目标物体的位置和轮廓等信息的技术。
LIDAR 技术已经在国内外得到广泛应用，并在许多领域展现出巨大的潜力。
国内外在以下几个领域中已经开始应用LIDAR 技术：1. 自动驾驶：LIDAR 传感器被广泛应用于自动驾驶汽车中，用于实时地图构建、环境感知和障碍物识别，是实现高级驾驶辅助系统（ADAS）和自动驾驶的关键技术之一。
2. 地质勘探与测绘：LIDAR 技术可以通过激光扫描地表来获取地形和地物信息，用于地质勘探、地形测绘、城市规划等领域。
3. 建筑与文物保护：LIDAR 技术可以快速、精确地获取建筑物和文物的三维信息，有助于文物保护、建筑设计和维护等方面的应用。
4. 森林资源调查：LIDAR 可以用于森林资源调查，包括森林高度、密度、结构等信息的获取，对森林资源管理和生态环境监测具有重要意义。
LIDAR 技术在国内外的发展趋势主要包括以下几个方面：1. 多传感器融合：未来LIDAR 将更多地与其他传感器（如摄像头、雷达等）进行融合，以提高环境感知的全面性和可靠性。
2. 小型化与低成本化：LIDAR 技术将朝着小型化、低功耗、低成本的方向发展，以适应更多场景下的应用需求。
3. 高分辨率与远距离探测：未来LIDAR 将不断提升分辨率和探测距离，以满足对高精度三维信息的需求。
4. 应用领域拓展：LIDAR 技术将进一步拓展到农业、城市规划、环境监测等领域，为各行业提供更多样化的解决方案。
总的来说，LIDAR 技术在国内外的应用前景广阔，在自动驾驶、地质勘探、建筑文物保护等领域都有着巨大的潜力。
随着技术的不断进步和成本的进一步降低，LIDAR 技术将会有更广泛的应用，并在更多领域带来创新和改变。
《2024年高分辨率InSAR技术在北京大兴国际机场形变监测中的应用》范文
《高分辨率InSAR技术在北京大兴国际机场形变监测中的应用》篇一一、引言北京大兴国际机场作为新时代的标志性建筑，其安全性和稳定性至关重要。
为有效监测其地面形变情况，高分辨率InSAR （合成孔径雷达干涉测量）技术被广泛应用于该机场的形变监测工作中。
本文将探讨高分辨率InSAR技术的基本原理，以及其在北京大兴国际机场形变监测中的应用，分析其技术优势及挑战，并提出相应的发展建议。
二、InSAR技术基本原理InSAR技术是通过两个或多个SAR（合成孔径雷达）系统获取的地面影像进行干涉处理，从而提取地表形变信息的一种技术。
其基本原理包括雷达信号的发射与接收、干涉图的形成与处理、形变信息的提取等步骤。
高分辨率InSAR技术则是在传统InSAR 技术基础上，通过提高雷达分辨率和信号处理精度，从而获得更详细的地表形变信息。
三、高分辨率InSAR技术在北京大兴国际机场的应用1. 数据获取与处理在北京大兴国际机场的形变监测中，高分辨率InSAR技术首先需要获取该地区的SAR影像数据。
通过专业的雷达系统，获取地面高分辨率的雷达影像，并利用专业的软件进行干涉处理，形成干涉图。
2. 地表形变信息的提取通过高分辨率InSAR技术的处理，可以精确提取出地表的形变信息，包括形变的时间、空间分布、形变量等。
这些信息对于评估建筑物的稳定性、预防地质灾害等具有重要作用。
四、技术优势及挑战1. 技术优势高分辨率InSAR技术具有非接触性、大范围覆盖、高精度测量等优势。
其非接触性特点可以避免对监测区域的人为干扰；大范围覆盖能力使得该技术能够快速获取大量数据；高精度测量则能够准确反映地表的微小形变。
2. 挑战然而，高分辨率InSAR技术在应用过程中也面临一些挑战。
例如，大气干扰、地表覆盖物的影响、雷达系统的校准等问题都可能影响InSAR技术的测量精度。
此外，数据处理和分析的复杂性也要求技术人员具备较高的专业素养。
五、发展建议为进一步提高高分辨率InSAR技术在北京大兴国际机场形变监测中的应用效果，提出以下建议：1. 加强技术研发，提高雷达系统的抗干扰能力和测量精度。
车载钠层测风测温激光雷达研制成功
的 “ 十一五 ”国家科技支撑 计划 “ 大型 冷连轧成套 装 车杨浦店盛装亮相。现 场共 有５ 辆专供行人 试骑 的最新 款的乐比光动车在街上不停地来 回穿梭 ，吸引了不少上 乐比光动车以太阳能为驱动 力，通过锂电池蓄能 ， 课 题开展 了大型 冷连轧生产 线工艺技术 、关键设 海 市 民驻 足 观看 。 备 、板 型检 测 和板 型 闭环 控 制 、液 压Ａ Ｃ Ｇ 及故 障诊
股 份有限公 司 、青 岛海 信通信有 限公司等 国内手机生
列 车 自动控 制 系统助 推轨 道 交通 发展
产商也 已开始订货 ，并着手推 出使 用该款芯 片的Ｔ 手 Ｄ 机 。４纳米手机芯片 的推 出将有效降低Ｔ ０ Ｄ—Ｓ ＤＭＡ Ｃ 的
北京 地铁亦庄 线 、昌平 线２ １年底 开通运 营 ，标 终 端 价格 ，使 未 来 的Ｔ 手 机 具 有更 强 性 价 比 。 ００ Ｄ 志着我 国具有完全 自主知 识产权 的 “ 基于 通信的列 车 自动控制 系统（ 简称 Ｃ Ｔ 系统） Ｂ Ｃ ”工程取得 成功 ，我 国 成 为继 德国 、法 国 、加拿 大后第 四个成功 掌握该项 核 由中国科学院 电工研究所 和皇 明太 阳能股份公 司 作 为 我 国 首 套 列 车 自动 控 制 系 统 ，其 在 高 效 性 上 共 同合 作 研 制 的 百 米 长 槽 式 太 阳 能 集 热 系 统 近 日在 延 可 满 足 ９ ｓ 列 车 设 计 行 车 问 隔 ，可 实 现 移 动 闭塞 ，满 ０的 庆八达岭太阳能热发 电基地竣工 。 足 客流不 断增长的需 要 ；安全 性方面 ，这个系 统在国 该 集 热 系 统 由 １０ ０ｍ￣ 抛 面 槽 式 聚 光 器 、２根 ４ 内第一个 也是 唯一获 得英 国劳氏公 司颁 发 、国际通行 ４６ ｍｍ ０ ０ 长高温直通 式真 空吸热管 、跟踪 控制器 、导热 油传热回路和系统热效率测试仪等五大部分组成。其中 认 证 证 书 ” ；稳 定 性 方 面 ， 已 开 通 的 北 京 地 铁 亦 庄 １０ 长抛面聚光器 由８ ０ｍ 个独立单元抛面镜组成 ，具有高 线 、 昌平 线 的故 障 率 明显 低 于 引 进 的 系 统 。 此 外 ，这 强度的抗风载能 力 ，在８ 级风下可 以照常工作 ，抗风载 个系统的成本 比引进 的系统低２ ％ ０ 左右 ，总体还将呈下 技术处于国内外同等槽式聚光 系统领先地位 。聚光系统 降趋 势。 采用液压驱动 ，通过 闭环控制跟踪太阳 ，实现了跟踪精 据介绍 ，已实现Ｃ Ｔ 系统全功能开通的北京地铁 度０１ ，吸热器中的导热油可 以被加热至４０ Ｂ Ｃ ． 。 ０￣ Ｃ，足以 亦庄线 ，是 采用完 全 自主 知识产权 列车 自动控 制系 统 保证正常发电和工业用热需要 。 的地铁线路 ，实现 了 “ 自动 驾驶 ” 、 “ 无人折返 ”和
可重部署钠激光雷达接收系统减震设计
Ｃｈｅｎｇ Ｙｏｎｇｑｉａｎｇ 一，Ｈｕ Ｘｉｏｎｇ ，Ｙ ａｎ Ｚｈａｏａｉ ，Ｇｕｏ Ｓｈａｎｇｙｏｎｇ ，Ｓｕｎ Ｙｉｑｉａｏ。，Ｚｈａｎｇ Ｘｕ
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅ ｄｅｐｌｏｙｍ ｅｎｔ， ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｐｒｅｖｅｎｔ ｔｈ ｅ ａｄｖｅｒｓｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ａｎｄ ａｓｓｕｒｅ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔ ｈ ｅ ｓｏｄｉｕｍ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｌｉｄａｒ ｉｎ ｔｈ ｅ ｎｅａｒ ｓｐａｃｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍ ｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ （Ｌａｎｇｆａｎｇ，３９。Ｎ，１ １６。Ｅ），ｔ ｈｅ ｓｈｏｃｋ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｓｏｄｉｕｍ ｌｉｄａｒ ｗａｓ ｍ ａｉｎｌｙ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ－ｌｅｖｅｌ ｓｈｏｃｋ ａｂｓｏｒｂｅｒ ｄｅｓｉｇｎ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｂｙ ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ａｉｒ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｃｈａｓｓｉｓ，ｔｈ ｅ ｍ ａｉｎ ｍ ｉｒｒｏｒ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｌｅｓｃｏｐｅ， ａｎｄ ｔｈ ｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔ ｈ ｅ ｔｅｌｅｓｃｏｐｅ． Ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ， ｉｔ ｗａｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈ ａｔ ｔｈ ｅ ｉｍ ｐａｃｔ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｌｅｓｃｏｐｅ ｐｌａｔｆｏｒ ｍ ｉｓ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍ ｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｉｍ ａｒｙ ｍｉｒｒｏｒ ｏｆ ｔｈ ｅ ｔｅｌｅｓｃｏｐｅ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ， ｂｙ ｔｈｅ ｓｐｏｔｓ ｔｒｕｃｋ ｅｘｐｅｒｉｍ ｅｎｔ， ｔｈ ｅ ｍ ａｘｉｍ ｕｍ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍ ａｉｎ ｍｉｒｒｏｒ ｃｈａｍｂｅｒ ｗ ａｓ
中国南极中山站完成钠荧光多普勒激光雷达安装
中国南极中山站完成钠荧光多普勒激光雷达安装黄文涛【期刊名称】《极地研究》【年(卷),期】2019(031)002【总页数】3页(P228-230)【作者】黄文涛【作者单位】【正文语种】中文当地时间2019年2月2 号晚间,南极中山站还是极昼,中国第35 次南极科学考察激光雷达安装项目进行了首次天空测试,于22 时许获得原始回波信号。
至此,安装工作取得重要进展。
自2018年11月2日由上海启程,到2019年2月21日完成第一次业务化观测试验,由分别来自中国极地研究中心(极地中心)、中国科学院武汉物理与数学研究所(物数所)、中国山东省科学院海洋仪器仪表研究所(山仪所)、中国科学院大气物理研究所(大气所)、中国科学院国家空间科学中心(空间中心)的5 名研究人员组成的小组在南极中山站圆满完成了钠荧光多普勒激光雷达的安装和设备调试工作。
该系统是中国首台采用原子滤光器的窄带钠荧光多普勒激光雷达,能在天空晴好、无大片云层遮挡时,全昼夜24 h连续运行,观测中高层大气温度和三维风场,也是南极地区首台具备此种观测能力的系统,标志着中国在南极大气探测研究方面取得了关键性的突破。
图1 激光雷达夜间开机工作照片1 系统研发背景中国南极中山站(地理坐标：69.4°S,76.4°E,修正地磁纬度为-74.5°MLAT)白天经过磁层极隙区,晚上处在极盖区,可以观测到丰富的日地能量传输过程的电离层征兆和极光现象,是开展极区高空大气物理现象研究的理想场所。
中山站所处的独特的极隙区纬度,地磁场近乎垂直进出,是太阳风深入地球空间的关键通道,对于观测研究太阳风能量注入对地球空间环境的影响、电离层的响应、电离层-大气耦合及其全球作用具有非常重要的意义。
另外,中高层大气(地球大气的中间层和热层区域)是行星际空间和地球大气的边界和主要耦合区,也是极涡、极光、极地夜光云等极区特殊大气现象的主要活动高度,作为国际上极区大气观测研究的重点区域,对于地球空间环境及大气物理过程的探测研究,以及全球气候变化的监测意义重大。
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第37卷，增刊 红外与激光工程 2008年9月 V ol.37 Supplement Infrared and Laser Engineering Sep. 2008收稿日期：2008-07-04作者简介：程永强（1981-），男，陕西渭南人，助理研究员，主要从事激光雷达及中高层大气方面研究。
Email:chengyq@钠激光雷达在临近空间探测方面的最新进展程永强，胡 雄，徐 丽，闫召爱，郭商勇（中国科学院空间科学与应用研究中心，北京 100190）摘要：介绍了Na 激光雷达的研究背景，详细阐述了Na 激光雷达的国内外发展动态和Na 层测风测温激光雷达的基本探测原理，最后简要描述了发展Na 层测风测温激光雷达的重要意义。
关键词：激光雷达； Na 层测风测温； 临近空间中图分类号：P4 文献标识码：A 文章编号：1007-2276(2008)增(激光探测)-0028-04Advances of Na Lidar in near space detectionCHENG Yong-qiang, HU Xiong ，XU Li, YAN Zhao-ai, GUO Shang-yong(Center for Space Science and Applied Research, Chinese Academy of Science, Beijing 100190, China)Abstract ：The research background of Na lidar is introduced, then the latest advances and the detecting theory of Na wind/temperature lidar is described in detail, at last the important significance of developing Na wind / temperature lidar is explained.Key words ：Lidar; Na wind / temperature lidar; Near Space0 引 言10 km 以上的地球大气称之为“中高层大气”[1]，它是日地系统的一个重要中间环节，包括对流层的上部、平流层、中间层和热层。
目前国际上临近空间（20～100 km ）飞行器技术快速发展，临近空间因其飞行环境的特殊性和广阔的应用前景而受到高度关注。
因此，中高层大气探测与研究在大气科学和空间物理中具有举足轻重的地位，在航天等高新科技领域也有重要的意义，也是优化人类的生存环境、保障人类社会可持续发展的需求。
光在大气中传播时，会被大气分子和气溶胶散射或吸收，这种大气分子对光的散射和吸收是使用激光对大气组成和特性进行探测的物理基础。
目前，激光雷达(Lidar)是对中高层大气探测与研究的主要手段之一[2]。
根据激光束于大气物质相互作用机制，可设计不同的激光雷达[3]，包括气溶胶激光雷达、拉曼激光雷达、共振荧光激光雷达、瑞利散射激光雷达等。
共振荧光激光雷达利用共振荧光过程，将激发光的频率调至散射物质的吸收线，通过散射回波信号来探测大气特性。
由于波源或观察者的运动而出现观测频率与波源频率不同的现象，称之为多普勒效应。
利用这种多普勒效应进行测风的激光雷达称为测风激光雷达。
多普勒频移的大小和方向由分子运动速度方向与激光束方向的夹角决定。
因此，通过测量散射光的多普勒谱线频移量就可获得大气风速；通过测量散射光的多普勒谱线展宽就可获得大气温度。
Na 层测风测温激光雷达[4]利用中层顶区域内的钠原子作为示踪物，由接收到的共振荧光散射回波光子数反演大气温度、风场及Na 原子数密度廓线。
其仅有20多增刊程永强等：钠激光雷达在临近空间探测方面的最新进展29年的发展历程,主要用于探测75～110 km高度的大气风场、温度以及该高度内Na原子数密度[5]。
1 国内外发展动态中层顶区域存在碱金属层：Na、K[6]、Li、Ca、Fe[7]，其中，Na层主要是由于流星大气消融产生的，存在于80～105 km大气中，峰值高度约为92 km[8]，Na原子具有较大的共振荧光散射截面（比Rayleigh 散射截面高14个数量级）、较高的浓度和很长的生命周期，因此，在这个高度上Na原子是中高层大气波动的良好示踪物，利用Na原子的共振荧光散射来研究大气的特性是一种可行有效的探测手段。
通过对Na原子的探测研究可获得中间层和低热层的大气化学和动力学的相关资料，这在空间科学和大气物理学中具有重要的意义。
20世纪70年代末，Gibson等人（1979年）和Thomas等人（1980年）对中高层大气中的钠原子基态精细结构的研究为利用窄带激光雷达对中高层大气探测建立了理论基础，并且实现了对Na层温度剖面的测量，得到了Na层峰值附近的温度，其误差为±15 K。
FRICKE 和 VON Zahn（1985年）利用准分子激光器泵浦染料激光器首次研制成功了可实际使用的窄带Na层测温激光雷达，并测量了挪威Andoya上空的Na层温度剖面。
同年，他们又报道了在10 min内垂直分辨率为1 km精确度为±5 K的Na层峰值处的温度。
1990年SHE带领的研究组（科罗拉多州立大学，1990年）与GARDNER的研究组（伊利诺斯大学，1991年）合作，研发了一种利用双频技术的窄带Na层激光雷达系统。
该系统采用了脉冲染料放大器、频率稳定的单模染料激光器和Na原子的无多普勒饱和吸收光谱仪。
这种新型的激光雷达系统和测量技术提高了测量Na层温度的分辨率和精确度，5 min可测得一个剖面，垂直分辨率为1 km，Na层峰值处的温度的绝对精度好于±3 K。
不足之处在于这种测量方法的精度受限于Na饱和光谱在理论和实验中的不确定性。
SHE和YU（1995年）进行了详细的理论研究和实验测量确定了在±0.1 MHz范围内多普勒频率，使实验结果的精度提高到±1 K。
随着激光雷达的不断发着，SHE等人(2003年)进一步提高了Na激光雷达接收部分的性能,采用了普适的接收望远镜，实现了24 h全天时测风测温。
CHU等人（2005年）对该激光雷达技术以及在中高层大气探测研究的应用进行了全面的介绍和总结[9]。
目前国际上最先进的Na激光雷达能够实现对Na层风场和温度同时测量，有美国科罗拉多州立大学（CSU）(SHE et al，1990)和伊利诺斯大学（UIUC）（BILLS et al, 1991a）。
其中CSU激光雷达在FortCollins, CO,USA（40.6 N,105 W）,CSU为美国科罗拉多研究联盟（Colorado Research Associate）研制的激光雷达在ALOMAR，Norway(69 N,16 E)开展了Na层风场和温度的同时探测。
UIUC激光雷达Urbana, USA(40 N,88W),SOR,NM,USA(35 N,106 W),Maui, Hawaii(19 N,155 W)等地开展了对Na层风场、温度的观测，为该领域科学研究积累了大量的科学数据。
在国内，Na密度激光雷达有较长的发展时间。
中国科学院武汉物理与数学研究所在1996年研制出Rayleigh与Na荧光激光雷达。
2005年9月，其成功研制了双波长（532 nm/589 nm）高空激光雷达，可同时进行大气瑞利温度和钠密度的探测。
并在2006年利用法拉第反常色散光学滤波器(FADOF)抑制太阳散射噪声和天空背景噪声，从而使Na激光雷达可进行全天时工作[10]。
2001年3月，武汉大学也成功研制出了钠共振荧光激光雷达，用于探测中高层大气Na原子的数密度和瑞利温度[11]。
此后，中国科学技术大学和安徽光机所在合肥[12]以及中国电波传播研究所在青岛先后建立Na密度激光雷达。
国家重大科学工程“子午工程”计划在北京和海南新建2台Na密度激光雷达。
2006年，中国科学院空间科学与应用研究中心开始研制钠层测风测温激光雷达，以促进我国该领域探测和研究进入国际先进水平。
2 钠层测风测温激光雷达探测原理当激发光靠近散射物质的吸收线时，激发光很可能被吸收并且重新释放出一个光子，Na测风测温激光雷达就是利用这一原理，将发射激光频率调至Na 原子的吸收线589 nm附近，通过接收散射的回波光子数来获得大气参数。
图1显示出Na原子的散射吸收截面对于温度、径向速度的变化都非常敏感[13]。
30红外与激光工程：激光探测、制导与对抗技术 第37卷(a)(b)图1 (a)散射吸收截面在径向风速为0 m/s 时，相对于温度的变化；D 2a 、D 2b 线为无多普勒频移时Na D 2线的6条谱 线；(b)散射吸收截面在T =200 K 时，相对于径向速度 的变化Fig.1 (a) Na absorption cross section for three temperatureswhen radial wind velocities is 0 m/s; (b) Na absorption cross section for radial wind velocities when temperatures is 200 K由于多普勒效应的影响，Na 原子的吸收线被展宽。
在中间层顶区域由于大气密度较低，碰撞加宽可以忽略，因此，Na 原子吸收谱线近似为多普勒加宽谱线。
多普勒展宽是原子热运动的结果，主要取决于温度[14]，通过测量多普勒加宽线的宽度可以得到Na 原子的温度；Na 原子的宏观运动使Na D 2谱线产生多普勒频移，频移量主要取决于Na 原子宏观运动速度，通过测量多普勒频移量就可得到Na 原子群沿激光束方向的视线速度。
Na 原子与周围大气处于平衡状态，Na 原子温度即为大气温度，通过对至少3个方向视线风速的测量，就可合成大气风速。
Na 层测风测温激光雷达根据其各部分的功能，可分为4个主要部分：发射机、接收机、数据采集与系统控制、数据处理部分等，如图2所示。
发射机的主要功能是提供与钠原子共振所需的高分辨率、高功率的脉冲激光束，激光脉冲要保持窄线宽，高能量和较小的发散角。
为了能够达到同时测量水平风、垂直风、温度的目的，发射机同时发射向正东/西、正北/南和垂直向上3个方向的激光束。
图2 Na 层测风测温激光雷达系统组成图 Fig.2 System graph of Na wind/temperature lidar接收机的主要功能是收集散射回来的光子，滤去太阳光的背景噪声，并对回波光子进行计数，主要包括接收望远镜、斩光器、准直透镜、CCD 观测探头、干涉滤光片和光电倍增管等。