美國光學學會（OSA）旗下雜志光學快訊2013年21卷第6期 (Optics Express, VOL. 21, Issue 6, pp. 7768-7785, 2013) 發(fā)表了空間天氣學國家重點實驗室地基探測組關(guān)塞、楊國韜等人的研究成果：New methods of data calibration for high power-aperture lidar。

在大功率孔徑積激光雷達探測中，強烈大氣后向散射信號引起的探測器脈沖累積效應（Pulse Pile-up）和強光感生噪聲（Signal-Induced Noise）是導致激光雷達回波信號非線性失真，干擾原始數(shù)據(jù)反演大氣參數(shù)準確性的主要因素。尤其對高空金屬層熒光激光雷達，為研究金屬層（80~150km）的變化特性和精細結(jié)構(gòu)，往往采用高量子效率、光子計數(shù)模式的光電倍增管（PMT）以保證金屬層探測的高性噪比，這就使得Pulse Pile-up和SIN造成的非線性失真更為明顯，與反演需要的大動態(tài)范圍線性信號相矛盾。目前國際上的解決方案主要有多通道信號拼接，安裝機械斬波器等等。為了克服高空強烈鈉熒光信號的非線性失真問題，作者基于子午工程激光雷達實際觀測的經(jīng)驗基礎(chǔ)，提出了一個比上述方法更有效、系統(tǒng)更為簡潔的方法：他們設(shè)計了一套全新的模塊化高精度光電探測器響應特征檢測系統(tǒng)，確保實驗數(shù)據(jù)運用到實際激光雷達數(shù)據(jù)修正的可移植性；提出了一套修正脈沖累積效應的新方法，并建立了SIN精細結(jié)構(gòu)扣除模型，首次詳細評估了子午工程激光雷達SIN和Pulse Pile-up效應各自對雷達信號的擾動量。校正后的數(shù)據(jù)將瑞利原始信號有限的線性范圍（55-80km）擴展到20-80km。將修正數(shù)據(jù)反演的大氣密度、溫度廓線與TIMED衛(wèi)星和大氣模式相比較，得到了很好的吻合：平流層大氣密度誤差小于5%，30km至65km溫度誤差小于±10K。值得注意的是，修正后的鈉層數(shù)密度峰值有大概30%的增加。

借助這套實驗設(shè)計和方法還原出未被探測系統(tǒng)扭曲的大氣真實回波信號，作者在確保大動態(tài)線性范圍（20-110km）和保證鈉層信號的高信噪比之間，達到了一個不用降低PMT量子效率的全新切入點：即使在一個探測通道內(nèi)，研究者也可以盡可能的選擇更高效率更敏感的PMT，將探測高度進一步上探，為研究金屬層更精細特征、發(fā)現(xiàn)更多未知現(xiàn)象提供了可能，而不用再擔心低空-中層信號的非線性失真無法挽回。這項工作得到OE審稿人的高度評價：“This work is of interest to the lidar community and a timely contribution in the light of the program of lidar system development in Chinaand proposals in the United States to construct a new generation of large aperture lidar systems.”。(這項研究成果對中國激光雷達事業(yè)的發(fā)展和美國即將進行的新一代大口徑激光雷達系統(tǒng)建設(shè)都頗具參考意義)

原文鏈接： http://www.opticsinfobase.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-21-6-7768