Tên luận án:
NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN KỸ THUẬT LIDAR CÓ KHẨU ĐỘ THU LỚN CHO NGHIÊN CỨU THÔNG SỐ KHÍ QUYỂN TẦNG CAO
Ngành:
Quang học (Mã số: 9440110)
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án "Nghiên cứu phát triển kỹ thuật lidar có khẩu độ thu lớn cho nghiên cứu thông số khí quyển tầng cao" tập trung giải quyết thách thức về biến đổi khí hậu toàn cầu bằng cách phát triển hệ thống lidar tiên tiến. Công trình được thực hiện tại Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Luận án có bố cục gồm ba chương chính: Chương 1 trình bày tổng quan về cấu trúc, đặc điểm của khí quyển tầng cao và kỹ thuật lidar, bao gồm cơ sở lý thuyết về tương tác ánh sáng với khí quyển (tán xạ Rayleigh và Mie) và các phương pháp khảo sát khí quyển. Chương 2 mô tả quá trình nghiên cứu và phát triển hệ thống lidar khẩu độ thu lớn. Luận án đã thiết kế, chế tạo thành công bộ thu quang học sử dụng gương cầu đường kính 60 cm tại Việt Nam, đạt độ chính xác bề mặt dưới 0,5 µm. Hệ thống này được nâng cấp từ lidar đàn hồi một kênh, sử dụng nguồn laser xung Nd:YAG và được tối ưu hóa thông qua mô phỏng hình học và trường nhìn để nâng cao khả năng thu nhận tín hiệu yếu từ tầng cao.
Chương 3 trình bày kết quả khảo sát các thông số khí quyển tầng cao. Luận án đã xác định được các đặc trưng của mây Ti (mây Cirrus) tại Hà Nội, bao gồm độ cao, độ dày hình học, độ sâu quang học và tỉ số lidar, phù hợp với đặc điểm mây ti vùng nhiệt đới và các nghiên cứu quốc tế. Đặc biệt, hệ thống lidar nâng cấp đã thu được tín hiệu đàn hồi từ khí quyển tầng cao đến độ cao trên 50 km và xác định được phân bố nhiệt độ khí quyển đến 60 km. Kết quả đo nhiệt độ từ lidar tương hợp tốt với mô hình MSISE-90 trong khoảng 25-45 km, với sai lệch không quá ±7 K, khẳng định độ tin cậy của hệ thống và quy trình xử lý dữ liệu.
Tổng thể, luận án đã hoàn thành các mục tiêu nghiên cứu, đánh dấu bước phát triển quan trọng trong năng lực thiết kế và chế tạo thiết bị quang học chính xác trong nước. Các đóng góp bao gồm phát triển hệ lidar khẩu độ lớn đầu tiên tại Việt Nam, chế tạo gương cầu chất lượng cao, xây dựng quy trình xử lý tín hiệu lidar toàn diện, đo đạc và phân tích thông số khí quyển, và đánh giá độ tin cậy của hệ thống. Những kết quả này mang lại giá trị khoa học và tiềm năng ứng dụng thực tiễn rộng rãi trong quan trắc khí quyển, dự báo thời tiết và nghiên cứu khí hậu tại Việt Nam.
Mục lục chi tiết:
-
MỞ ĐẦU
- Luận án có bố cục gồm 3 chương:
- Chương 1: Tổng quan về khí quyển tầng cao và kỹ thuật lidar
- Chương 2: Nghiên cứu và phát triển hệ lidar khẩu độ thu lớn
- Chương 3: Đặc trưng thông số khí quyển tầng cao
-
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KHÍ QUYỂN TẦNG CAO VÀ KỸ THUẬT LIDAR
- 1.1 Tổng quan khí quyển Trái Đất
- 1.1.1. Đặc trưng chung của khí quyển Trái Đất
- 1.1.2. Phân bố mật độ và nhiệt độ khí quyển
- 1.1.3. Mây tầng cao
- 1.1.4. Các kỹ thuật khảo sát khí quyển
- 1.2. Kỹ thuật lidar
- 1.2.1. Tương tác của ánh sáng với khí quyển
- 1.2.2. Tán xạ Rayleigh
- 1.2.3. Tán xạ Mie
- 1.2.4. Cơ sở lý thuyết xác định phân bố nhiệt độ
- 1.2.5. Đo đạc khoảng cách lớn
- 1.3. Ứng dụng kỹ thuật lidar trong nghiên cứu khí quyển.
- 1.3.1. Trên thế giới
- 1.3.2. Tại Việt Nam
- 1.4 Kết luận chương 1
-
CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN HỆ LIDAR KHẨU ĐỘ THU LỚN
- 2.1. Hệ đo lidar
- 2.1.1. Cấu trúc cơ bản của hệ đo lidar
- 2.1.2. Cấu hình hệ lidar đàn hồi sử dụng kính thiên văn Schmidt-Cassegrain
- 2.1.3. Cấu hình hệ lidar đàn hồi sử dụng gương cầu khẩu độ lớn
- 2.2 Thông số đặc trưng của các bộ phận, linh kiện trong hệ lidar khẩu độ thu lớn
- 2.2.1. Nguồn laser
- 2.2.2. Bộ thu và lọc tín hiệu quang
- 2.2.3. Ống nhân quang điện
- 2.2.4. Bộ xử lý tín hiệu
- 2.3. Quy trình chế tạo gương cầu
- 2.3.1. Cơ sở lý thuyết tính toán lựa chọn thông số kích thước gương cầu
- 2.3.1.1. Mô hình lý thuyết
- 2.3.1.2. Kết quả mô phỏng lựa chọn thông số gương cầu
- 2.3.2. Chế tạo gương cầu
- 2.3.3. Đánh giá biên dạng bề mặt gương cầu
- Phương pháp Foucault
- Phương pháp Hartmann
- Mạ nhôm bề mặt phản xạ gương cầu
- 2.4. Đánh giá hệ lidar khẩu độ thu lớn
- 2.4.1. Lắp đặt hệ lidar khẩu độ thu lớn
- 2.4.2. Mô phỏng quá trình thu tín hiệu lidar
- 2.4.3. So sánh kết quả mô phỏng và tín hiệu lidar tại mặt phẳng tiêu của hệ thu lidar
- 2.5. Kết luận chương 2
-
CHƯƠNG 3 ĐẶC TRƯNG THÔNG SỐ KHÍ QUYỂN TẦNG CAO
- 3.1. Khảo sát mây Ti tại Hà Nội
- 3.1.1. Cơ sở vật lý xác định các thông số mây Ti
- 3.1.2. Độ cao đám mây Ti
- 3.1.3. Độ dầy hình học và độ sâu quang học của mây Ti
- 3.1.4. Tỉ số lidar của mây Ti
- 3.1.5. Kết quả khảo sát thông số nhiệt độ mây Ti.
- 3.1.6. Thống kê phép đo lidar khảo sát mây Ti
- 3.2. Xác định thông số vật lý khí quyển tầng cao
- 3.2.1. Thuật giải xác định phân bố nhiệt độ
- 3.2.2. Đánh giá chất lượng tín hiệu lidar thu được từ hệ lidar gương khẩu độ
- 3.2.3. Xác định mật độ phân tử từ tín hiệu lidar hiệu dụng
- 3.2.4. Sai số trong xác định nhiệt độ khí quyển từ các phép đo lidar
- 3.2.5. Phân bố nhiệt độ và sai số nhiệt độ của phép đo lidar khảo sát khí quyển tầng cao.
- 3.3. Kết luận chương 3
-
KẾT LUẬN CỦA LUẬN ÁN