基于模拟退火算法的激光雷达信号反演湍流廓线的方法研究

大气湍流强度廓线是反映湍流光学特性的重要参数之一，是光传输基础物理问题研究、光学系统设计和应用中必须考虑的关键因素。目前湍流强度廓线的测量方法可以分为非光学方法和光学方法两种类型。对于非光学方法，其可靠性尚存在一些不确定因素，光学测量方法中较为成熟的方法多以恒星为光源，使用场景受到限制。本项目拟开展以激光为主动光源实时探测湍流强度廓线的方法研究，研究激光后向散射光波受到湍流大气影响而发生强度起伏的机理和规律，建立激光雷达系统参数与起伏信号中的湍流成分之间的联系，突出实测的起伏信号中的湍流信息；采用模拟退火的方法对测量数据进行反演，根据散射光波受到湍流大气影响的物理特征，引入罚函数的策略对目标函数进行约束，并选择合适的关键输入参数，获得基于模拟退火算法的湍流强度廓线的反演方法。研究成果将会为光传输研究和光学工程应用提供主动、实时、光学的湍流廓线测量方法具有重要意义。

本项目研究了激光雷达的后向散射信号的起伏特征，基于模拟退火技术反演测量路径上湍流强度廓线。本项目对双向斜程折叠光路的闪烁指数的计算进行了研究，说明了双程路径闪烁指数的计算方法。同时，分析了引起激光雷达回波的起伏的噪声类型，除了激光雷达的量子噪声、激光能量的起伏、探测噪声等因素外，指出了气溶胶起伏噪声对测量的影响，并研究了提取湍流信息的多种计算方法。最后通过得到的激光雷达信号的闪烁特征信息，采用模拟退火技术进行大气光学湍流强度廓线的反演，获得初步的、有价值的测量结果。项目所获得的结果有助于进一步认识激光雷达回波信号获取湍流信息的机理和规律，为深入开展该研究打下了良好的基础。