中科院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心空間天氣學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室地基探測(cè)組關(guān)塞、楊國韜等人提出了一套修正大功率孔徑積激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的新方法。該研究成果“New methods of data calibration for high power-aperture lidar”發(fā)表在美國光學(xué)學(xué)會(huì)（OSA）旗下雜志《光學(xué)快訊》2013年21卷第6期 (Optics Express, VOL. 21, Issue 6, pp. 7768-7785, 2013)

在大功率孔徑積激光雷達(dá)探測(cè)中，強(qiáng)烈大氣后向散射信號(hào)引起的探測(cè)器脈沖累積效應(yīng)（Pulse Pile-up）和強(qiáng)光感生噪聲（Signal-Induced Noise）是導(dǎo)致激光雷達(dá)回波信號(hào)非線性失真，干擾原始數(shù)據(jù)反演大氣參數(shù)準(zhǔn)確性的主要因素。尤其對(duì)高空金屬層熒光激光雷達(dá)，為研究金屬層（80~150km）的變化特性和精細(xì)結(jié)構(gòu)，往往采用高量子效率、光子計(jì)數(shù)模式的光電倍增管（PMT）以保證金屬層探測(cè)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(dòng)態(tài)范圍線性信號(hào)相矛盾。目前國際上的解決方案主要有多通道信號(hào)拼接，安裝機(jī)械斬波器等等。

為了克服高空強(qiáng)烈鈉熒光信號(hào)的非線性失真問題，作者基于子午工程激光雷達(dá)實(shí)際觀測(cè)的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)，提出了一個(gè)比上述方法更有效、系統(tǒng)更為簡(jiǎn)潔的方法：他們?cè)O(shè)計(jì)了一套全新的模塊化高精度光電探測(cè)器響應(yīng)特征檢測(cè)系統(tǒng)，確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)運(yùn)用到實(shí)際激光雷達(dá)數(shù)據(jù)修正的可移植性；提出了一套修正脈沖累積效應(yīng)的新方法，并建立了SIN精細(xì)結(jié)構(gòu)扣除模型，首次詳細(xì)評(píng)估了子午工程激光雷達(dá)SIN和Pulse Pile-up效應(yīng)各自對(duì)雷達(dá)信號(hào)的擾動(dòng)量。校正后的數(shù)據(jù)將瑞利原始信號(hào)有限的線性范圍（55-80km）擴(kuò)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和方法還原出未被探測(cè)系統(tǒng)扭曲的大氣真實(shí)回波信號(hào)，作者在確保大動(dòng)態(tài)線性范圍（20-110km）和保證鈉層信號(hào)的高信噪比之間，達(dá)到了一個(gè)不用降低PMT量子效率的全新切入點(diǎn)：即使在一個(gè)探測(cè)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(cè)高度進(jìn)一步上探，為研究金屬層更精細(xì)特征、發(fā)現(xiàn)更多未知現(xiàn)象提供了可能，而不用再擔(dān)心低空-中層信號(hào)的非線性失真無法挽回。這項(xiàng)工作得到OE審稿人的高度評(píng)價(jià)。

圖一：回波信號(hào)修正（Red）與原始信號(hào)（Black）比較

圖二：鈉層絕對(duì)數(shù)密度校正（Green）與原始（Black）比較