激光散射信号与大气颗粒测量技术研究

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1、硕士学位论文题目:激光散射信号与大气颗粒测量技术研究研究生谢家亮专业信号与信息处理指导教师胡淼副教授完成日期2015年11月杭州电子科技大学硕士学位论文激光散射信号与大气颗粒测量技术研究研究生：谢家亮指导教师：胡淼副教授2015年11月DissertationSubmittedtoHangzhouDianziUniversityfortheDegreeofMasterAerosolMeasurementTechnologyResearchBasedonScatteringLidarCandidate:XieJialiangSupervisor:Asso

2、ciateProf.HuMiaoNovember，2015杭州电子科技大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明＞本人郑重声明：所呈交的学位论文．是本人在导师的指导下，独立进行研巧工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过。＾＾。的作品或成果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中｜明确方式标明论文与资料若有不实之处＾申请学位，本人承担切相关责任。论文作者签名：Ｈ射曰期：衣年３月曰学位论文使用授权说明；本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文的规

3、定，即研巧生在校攻读。本人保证毕业离校后学位期间论文工作的知识产权单位属杭州电子科技大学，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大学。学校有权保留送交论文的复巧件，、允许查阅和借阅论文，可允许采用影印缩印或其；学校可臥公布论文的全部或部分内容它复制手段保存论文）。（保密论文在解密后遵守此规定论文作者签名：日期：办作年月曰一＞指导教师签名：＾＾曰期：年＾月／日杭州电子科技大学硕士学位论文摘要本文针对激光雷达与大气颗粒物浓度作出了以下研究：（1）对课题的研究背景做了简单的介绍，重点讲述了激光雷达的分类，特点，以

4、及激光雷达测量PM2.5的优势和国内外激光雷达探测大气气溶胶的研究现状。（2）主要介绍了高斯光束的特点以及在真空中的传输特性，讲述了大气的组成成分，以及大气气溶胶与光子的相互作用，重点讲述了米散射特性，简单讲解了蒙特卡洛模型。（3）根据米散射理论和激光传播方程，建立PM2.5颗粒物浓度与后向散射光强的关系模型，并提出了基于电荷耦合器件（CCD）后向散射激光雷达的实时PM2.5颗粒物浓度的监测方法。设计了以532nm激光器为光源、CCD为接收器的后向散射激光雷达实验装置。根据获得的实时大气颗粒物后向散射图像，提取灰度值矩阵并分析了散射图像的光强分布；对比

5、赛默飞世尔科技公司的PM2.5监测仪（SHARP）的实验结果，拟合了PM2.5颗粒物浓度与散射光强的5个关系式，拟合度均在0.95以上。这种成本较低、操作便利的实时PM2.5颗粒物浓度监测装置的推广，有助于建立PM2.5污染物的分布和运动模型并绘制污染地图，具有重要意义。（4）主要介绍了一种新的方法——噪声平均化法，即获取N幅同一时间段的图片的灰度值矩阵，然后对N个矩阵做加法，最后对N个矩阵的和求平均，求出灰度值矩阵的平均值。通过实验以及对实验图片进行处理，噪声平均化法获得良好的实验结果。并且随着N的增大，噪声的消除效果越明显。利用噪声平均化法处理的实

6、验图片，提取了处理后的图片的灰度值矩阵，利用该矩阵，得出了CCD成像仪接收到的33度到145度范围散射角的激光信号散射光强。通过CCD成像仪接收散射光强与激光传输光强的关系式，反演出了下沙区的大气颗粒物的散射系数，得到了大气颗粒物散射角与散射系数的关系曲线。（5）建立了光子多次散射的蒙特卡洛模型，取非对称因子g分别为0、0.2、0.5、0.8、0.95时对蒙特卡洛的Mie散射模型进行仿真，得到多幅进入了光子检测器的光子数随着散射角的变化的分布图，仿真结果与非对称因子十分吻合。并且在g取0时，取L分别为300cm、400cm、500cm、600cm，光子

7、检测器在x轴坐标分别为150cm、200cm、250cm、300cm，d的值分别为30cm、40cm、50cm、60cm，其它参数均不改变，对上述参数的蒙特卡洛模型进行仿真，仿真结果为多幅进入了光子检测器的光子数随着散射角的变化的分布图，得出了光子检测器越靠近激光光束，则进入光子检测器的光子数成比例增加的结论。关键词：PM2.5，激光雷达，米散射，蒙特卡洛I杭州电子科技大学硕士学位论文ABSTRACTThispaperreportsafollowingresearchonlaserradarandatmosphericparticulateconcen

8、tration:(1)Anoverviewofresearchbackgroundofthes