高光谱分辨率激光雷达

高光谱分辨率激光雷达作为一种主动遥感设备，不仅能够获取高精度、高时空分辨率的大气垂直分布信息，还能够昼夜连续观测，具有其他大气探测设备不可替代的优势，对研究气溶胶的来源、传输及演化等机制具有十分重要的科学应用价值。《高光谱分辨率激光雷达》系统建立了高光谱分辨率激光雷达的理论体系，并结合多波长偏振高光谱分辨率激光雷达的设计开发过程，详细介绍了系统设计的各项关键技术，对系统的定标、反演及数据应用进行了详细的论述。

目录
序言
前言
第1章激光雷达大气遥感基础1
1.1大气主要成分及分布1
1.2激光在大气中的传输4
1.2.1大气对光的衰减效应5
1.2.2大气对光的偏折效应6
1.2.3大气湍流效应7
1.2.4大气非线性效应9
1.3大气分子及气溶胶的光吸收特性10
1.3.1光与物质相互作用10
1.3.2大气分子的吸收13
1.3.3吸收性气溶胶16
1.4大气分子及气溶胶的光散射特性18
1.4.1大气分子散射18
1.4.2气溶胶粒子散射24
1.4.3散射光的偏振效应26
1.5本章小结27
参考文献28
第2章激光雷达原理与结构31
2.1激光雷达基本结构31
2.1.1发射装置31
2.1.2接收装置34
2.2激光雷达方程40
2.2.1系统参数41
2.2.2几何因子41
2.2.3后向散射系数43
2.2.4消光系数44
2.3弹性散射激光雷达45
2.3.1基本原理与反演方法46
2.3.2典型仪器50
2.3.3组网应用50
2.4非弹性散射激光雷达53
2.4.1基本原理与反演方法54
2.4.2典型系统57
2.4.3组网应用58
2.5本章小结60
参考文献61
第3章高光谱分辨率激光雷达原理63
3.1高光谱分辨率激光雷达发展历史63
3.2大气气溶胶探测HSRL系统69
3.2.1原理与系统结构69
3.2.2数据反演71
3.2.3误差分析74
3.3大气温度探测HSRL系统77
3.3.1原理与系统结构77
3.3.2反演方法79
3.4大气风场探测HSRL系统81
3.4.1测风的HSRL结构82
3.4.2数据反演86
3.4.3误差分析87
3.5本章小结93
参考文献93
第4章高光谱分辨率激光雷达光谱鉴频器99
4.1原子/分子吸收型光谱鉴频器99
4.1.1碘分子吸收池简介100
4.1.2碘分子吸收池的基本原理与建模101
4.1.3基于碘分子吸收池的HSRL实例105
4.2法布里-珀罗干涉仪鉴频器106
4.2.1法布里-珀罗干涉仪基本原理106
4.2.2FPI在HSRL中的光谱透过率建模评估108
4.2.3HSRL系统中FPI的优化设计110
4.2.4FPI(FPE)在HSRL系统中的典型应用112
4.2.5其他多光束干涉仪在HSRL中的应用114
4.3视场展宽迈克耳孙干涉仪鉴频器118
4.3.1视场展宽迈克耳孙干涉仪理论模型118
4.3.2FWMI在HSRL中的光谱透过率建模评估123
4.3.3HSRL系统中FWMI的优化设计125
4.3.4FWMI在HSRL的应用实例131
4.3.5其他双光束干涉仪在HSRL中的应用135
4.4干涉光谱鉴频器的性能对比140
4.4.1FWMI与FPI的光谱鉴频*线141
4.4.2FWMI与FPI光谱鉴频性能比较141
4.5锁频技术145
4.5.1HSRL中的激光器锁频技术146
4.5.2干涉光谱鉴频器锁频技术150
参考文献159
第5章高光谱分辨率激光雷达重叠因子163
5.1重叠因子简介163
5.2理论建模法获取重叠因子165
5.2.1激光雷达重叠因子建模分析165
5.2.2典型激光雷达结构的重叠因子分析166
5.3实验定标法获取重叠因子171
5.3.1假设大气状态类方法172
5.3.2无须假设大气参数类方法173
5.3.3实验结果175
5.4无盲区激光雷达系统设计178
5.4.1系统对比178
5.4.2离轴非球面反射式望远镜设计180
5.4.3离轴反射式望远镜实验182
参考文献184
第6章高光谱分辨率激光雷达的气溶胶退偏振测量186
6.1大气及云-气溶胶退偏振成因186
6.2偏振激光雷达的基本结构188
6.2.1线偏振激光雷达188
6.2.2圆偏振激光雷达190
6.2.3线、圆偏振结合激光雷达191
6.2.4典型的偏振激光雷达介绍192
6.3偏振激光雷达系统理论模型198
6.3.1偏振光学的数学法则198
6.3.2基于米勒理论的偏振激光雷达数学模型204
6.4高精度偏振激光雷达关键器件209
6.4.1接收望远镜的偏振性质研究210
6.4.2高精度偏振分光模块221
6.5高精度偏振激光雷达增益比定标技术227
6.5.1不同增益比定标法228
6.5.2增益比定标实验234
6.6ZJU偏振激光雷达系统介绍240
6.6.13D扫描偏振激光雷达系统240
6.6.2偏振I2HSRL系统244
6.7本章小结249
参考文献250
第7章多波长高光谱分辨率激光雷达255
7.1多波长激光雷达气溶胶探测255
7.1.1大气气溶胶粒径分布特点255
7.1.2气溶胶探测光学特性仿真257
7.1.3回波信号强度与波长的关系259
7.1.4回波信号谱宽与波长的关系259
7.2多波长高光谱分辨率激光雷达关键器件261
7.2.1高光谱分辨率激光雷达分子通道接收光路分析262
7.2.2高光谱分辨率激光雷达回波信号角度分布数学模型265
7.2.3多波长高光谱分辨率激光雷达光谱鉴频器设计266
7.3多波长激光雷达典型系统介绍273
7.3.1浙江大学近红外-可见双波长偏振高光谱分辨率激光雷达273
7.3.2美国国家航空航天局机械三波长高光谱分辨率激光雷达279
7.3.3德国莱布尼茨对流层研究所多波长偏振拉曼激光雷达285
7.4本章小结289
参考文献290
第8章高光谱分辨率激光雷达遥感应用293
8.1大气边界层高度识别293
8.1.1大气边界层的定义293
8.1.2大气边界层的主要探测手段294
8.1.3基于激光雷达的大气边界层高度识别方法295
8.1.4基于激光雷达的大气边界层高度识别实验298
8.2大气气溶胶类型识别304
8.2.1大气气溶胶的光学特性304
8.2.2基于多波长激光雷达的气溶胶类型识别方法306
8.2.3基于多波长激光雷达的气溶胶类型识别实验309
8.3大气气溶胶的微物理特性反演320
8.3.1基于多波长激光雷达的气溶胶探测基本原理和主要方法321
8.3.2气溶胶微物理特性反演算法322
8.3.3气溶胶微物理特性反演正则化方法327
8.4水云的光学和微物理特性反演333
8.4.1基于激光雷达的水云探测基本原理和主要方法334
8.4.2基于偏振高光谱分辨率激光雷达的水云微物理特性反演方法335
8.5本章小结339
参考文献339
第9章星载高光谱分辨率激光雷达遥感及应用344
9.1星载激光雷达介绍344
9.1.1星载激光雷达发展历史344
9.1.2典型星载激光雷达系统347
9.2星载激光雷达仿真350
9.2.1星载高光谱分辨率激光雷达正反演仿真与去噪351
9.2.2星载大气CO2积分路径差分吸收激光雷达359
9.3星载激光雷达数据校验366
9.3.1正交偏振云-气溶胶激光雷达校准算法介绍366
9.3.2星载激光雷达与地基激光雷达网校验方法367
9.3.3星载激光雷达与机载激光雷达校验方法371
9.4星载激光雷达数据融合应用376
9.4.1星载多传感器同步理念376
9.4.2星载数据融合应用典型377
9.4.3主被动数据融合提升CO2反演精度381
参考文献386
第10章多纵模高光谱分辨率激光雷达391
10.1多纵模高光谱分辨率激光雷达研究意义391
10.2多纵模高光谱分辨率激光雷达基本原理393
10.2.1回波信号光谱特性393
10.2.2反演方法394
10.3多纵模高光谱分辨率激光雷达光谱鉴频器396
10.3.1法布里-珀罗干涉仪396
10.3.2视场展宽迈克耳孙干涉仪400
10.4多纵模高光谱分辨率激光雷达光谱鉴频效果分析402
10.4.1光谱匹配403
10.4.2入射光束发散角405
10.4.3累积波前误差406
10.4.4激光器纵模谱线宽度与纵模间隔407
10.4.5激光器频率牵引效应409
10.4.6激光器输出横模410
10.5多纵模高光谱分辨率激光雷达系统仿真分析412
10.5.1仿真模型412
10.5.2反演结果与分析415
10.6本章小结416
参考文献416
第11章海洋遥感高光谱分辨率激光雷达418
11.1海洋激光雷达简介418
11.2海洋激光雷达基本原理420
11.2.1海水的光学参数420
11.2.2基本结构422
11.2.3工作波长424
11.3海洋激光雷达与多次散射430
11.3.1多次散射仿真技术430
11.3.2多次散射回波信号432
11.3.3海水多次散射对激光雷达有效衰减系数的影响436
11.4海洋高光谱分辨率激光雷达440
11.4.1基本原理441
11.4.2相函数与多次散射447
11.4.3多次散射下的回波光谱454
11.4.4典型系统及实验458
11.5海洋激光雷达应用462
11.5.1渔业资源探测462
11.5.2散射层分布研究464
11.5.3海水光学参数反演465
11.5.4星载海洋激光雷达蒙特卡罗仿真软件467
11.6本章小结471
参考文献471