论文部分内容阅读
超导单光子探测器(SNSPD)是一种新型单光子探测器,具有探测效率高、暗计数低、探测速率快、灵敏度高、响应频谱宽等特点,在量子通信、集成电路检测、激光测距、气象检测预报等领域具有很大的应用潜力。海雾是一种常见的海面天气现象,对渔业生产、航海及飞行安全等有着重要影响。激光气象雷达是一种常用的海雾探测技术,具有优异的方位精度和距离分辨率,对背景噪声的抑制效果显著。基于SNSPD的激光气象雷达主要应用于探测云雾范围和浓度、大气湿度、空中风场、空气污染、污染物扩散和气象预报等。本文将SNSPD应用到Mie散射激光气象雷达系统当中,根据大气探测激光雷达方程推导出雾气浓度公式。本研究测量了距离90 km以内的回波信号分布,演算雾气分布范围和雾气浓度,探测到了 42.3 km～63.5 km、53.2 km～74.2 km范围的雾气回波信号,根据大气雾气浓度公式分别估算出不同时刻距离测量地点45 km处的雾气浓度为103 Cm-3,距离测量地点55km处的雾气浓度为303 cm-3,雾气沿激光发射方向运动速度分量为13km/h,与实验天气情况基本符合,论证了 SNSPD对远距离气象探测能力。为了进一步测量雾气浓度分布,验证基于SNSPD激光雷达精确气象测量、预报的可行性,本研究探测到了 31.6km～42.0km内的雾气回波信号,根据雾气浓度公式推导的雾气分布。在31.6 km～42.0 km范围雾气浓度为150 cm-3左右,在36.8 km～37.8 km,雾气浓度最大为265 cm-3,雾气总体呈现中间浓度大,边缘浓度小,符合雾气分布特点。我们将测量数据与青岛麦岛附近使用“三用滴谱仪”直接测量雾气浓度进行比较,发现雾气浓度变化区间基本吻合。