大气中红外布里渊散射频谱的特性研究

在0-20 km 的海拔高度范围内,大气的布里渊散射频移量分布在1.0-1.3 GHz 之间，其散射谱与瑞利散射谱通常混叠在一起，目前尚无对大气布里渊频移量进行直接测量的方法。本项目拟从动力学区域和流体动力学区域的大气自发和相干布里渊散射的频谱特性的研究入手，模拟0-20km高度范围内的大气温度和压力特征，建立不同波长的气体布里渊散射探测系统，基于理论模拟和实验结果构建动力学区域和流体动力学区域自发和相干瑞利-布里渊散射谱的数学模型；重点研究将大气布里渊散射谱从瑞利-布里渊散射谱中分离出来的方法，研制基于10μm中红外波长的大气布里渊散射探测系统，在此基础上研究用布里渊频移量测量相关的大气参数的方法和研究将其应用于空中目标探测的可能性，为基于布里渊散射方法的空中隐形目标的探测的研究提供科学依据和技术基础。

本项目从气体布里渊散射理论入手，研究了气体瑞利-布里渊散射线型和气体布里渊频移基本理论。基于Tenti S6 模型对不同入射波长、压强、温度、散射角等条件下的气体布里渊散射频谱进行了模拟与分析，研究发现在相同条件下，入射光波长越长，气体瑞利散射谱两侧对称分布的布里渊峰越明显，布里渊频移减小；对于同一波长，气体压力增加时，布里渊峰相对瑞利峰强度明显增大，但布里渊频移量随压力变化很小；气体温度增加时，布里渊峰相对瑞利峰强度减小，但布里渊频移量随温度变化很大。理论和模拟结果完全一致。.实验测量了532nm 激光激发的散射池内气体的90°自发瑞利-布里渊散射频谱，将温度为 300K，不同压力下（1atm、2atm、3atm、4atm）气体瑞利-布里渊散射实验测量谱与卷积传递函数后的Tenti S6 模型谱的比较，结果表明气体瑞利-布里渊散射测量谱与卷积后的Tenti S6 模型谱基本一致。将布里渊频移的测量值与布里渊频移的计算值和TentiS6 模型模拟结果进行比较，相对误差在10%以内。为了将气体自发瑞利-布里渊散射谱与Tenti S6 模型直接进行比较，我们首次提出采用伪逆结合奇异值截断法求解维纳滤波因子，并对测量得到的自发瑞利-布里渊散射信号进行反卷积，来提高瑞利-布里渊散射光谱的分辨率，将反卷积后的信号与Tenti S6 模型进行比较，研究气体瑞利-布里渊散射频谱特性。将不同压强(1-6atm)下的反卷积后的瑞利-布里渊散射信号与Tenti S6 模型光谱的比较，残差的标准偏差小于2%，反卷积后的瑞利-布里渊散射信号与Tenti S6 模型光谱的偏差（残差占测量峰值的百分比）在7%以内。.基于Tenti S6 模型模拟不同海拔高度（1-20km）不同波长激光（355nm、532nm、1064nm、2μm、10μm）激发的自发瑞利-布里渊散射谱。随着高度的增加，温度逐渐降低，压强逐渐减小，散射频谱的强度总体呈减弱趋势；在大气高度小于20km 的标准大气中，激光波长越长，大气瑞利-布里渊散射频谱两侧对称的布里渊峰越明显，但布里渊频移反而越小。.建立了瑞利-米散射激光雷达系统，使用Klett 法反演了大气气溶胶的后向散射系数，对实际大气温度随高度的变化进行了测量，并与美国标准大气中温度随高度变化曲线进行了比较。