Tesis doctoral de Dhiraj Kumar
La necesidad creciente de redes mundiales de observación con resolución espacial de la concentración de aerosoles y vapor de agua atmosférico ha dado lugar a la utilización de lidares (light detection and ranging, un acrónimo de radar láser) como sensores de teledetección avanzados. esta tesis doctoral presenta el diseño, integración y análisis del nuevo lidar elástico/raman multiespectral de 6 canales para la monitorización del contenido de aerosoles y vapor de agua atmosférico, desarrollado en el lab. De teledetección (remote sensing lab., Rslab) de la universidad politécnica de cataluña (upc). Es bien conocido que la combinación de, como mínimo, tres canales elásticos y dos canales raman-nitrógeno son suficientes para la recuperación de las propiedades ópticas y microfísicas de los aerosoles atmosféricos, de impacto decisivo sobre variables de cambio climático. El sistema lidar de la upc forma parte de la red terrestre continental earlinet (european aerosol research lidar network) – galion (global atmospheric watch atmospheric lidar observation network), la cual incluye más de 28 estaciones. Actualmente, sólo 8 cuentan con este tipo de tecnología avanzada. La presente tesis se centra en: (1) diseño del instrumento lidar a nivel de balance de potencia y estimación del factor de solapamiento. El primero incluye la modelización de los parámetros opto-atmosféricos y estimación de la potencia retrodispersada, relación señal ruido y alcance máximo del sistema para los diferentes canales de recepción (3 canales elásticos, 2 canales raman de aerosoles y 1 canal raman de vapor de agua, cubriendo desde el ultravioleta hasta el infrarrojo cercano). El factor de solapamiento del sistema laser-telescopio se estudia mediante un nuevo modelo basado en trazado de rayos de perfil gaussiano. Se analiza el problema del cálculo de factor de solapamiento y su sensitividad en campo cercano para sistemas lidar troposféricos con aperturas de tamaño medio (f/10, f/11) que utilizan tanto detectores como fibras ópticas como alternativas de acoplamiento en el plano focal del telescopio. El método propuesto proporciona una solución mucho más sencilla que la obtenida mediante modelos analíticos. También se han tenido en cuenta la sensibilidad a la divergencia del láser, posición de las lentes y del detector/fibra, y apertura numérica de la fibra. (2) diseño e implementación opto-mecánica del policromador de 6 canales (unidad de separación espectral en recepción). Se estudian compromisos de diseño como colimación de la luz, transmisividad de extremo a extremo, responsividad neta y distribución espacialmente homogénea de luz sobre el detector. (3) integración y validación del sistema: por un lado se estiman las cotas de error en la inversión del perfil del coeficiente de retrodispersión mediante el algoritmo lidar elástico de dos componentes, tanto para fuentes de error estocásticas (ruido en la medida) como sistemáticas (incerteza en la calibración del coeficiente de retrodispersión y en la razón extinción/retrodispersión debida a aerosoles). Por otro, se describe la integración del sistema lidar multiespectral, tanto a nivel hardware como de software de control. Se presentan también los resultados de validación estadística del nuevo lidar de la upc (hoy en operación regular) en la campaña de intercomparación spali-2010, parte del programa de control de calidad y optimización de instrumentos en earlinet. la metodología desarrollada en la primera parte de esta tesis se ha aplicado con éxito a la especificación del sistema lidar del ifae/uab, el cuál se instalará y operará en el observatorio cherenkov telescope array (cta). Finalmente, en respuesta a la demanda creciente de mayores periodos de observación y disponibilidad de servicio en las estaciones lidar, se presentan especificaciones para el funcionamiento automático del lidar upc con tiempos de servicio cercanos a 365/24.
Datos académicos de la tesis doctoral «Concept design, analysis, and integration of the new u.p.c. multispectral lidar system«
- Título de la tesis: Concept design, analysis, and integration of the new u.p.c. multispectral lidar system
- Autor: Dhiraj Kumar
- Universidad: Politécnica de catalunya
- Fecha de lectura de la tesis: 16/07/2012
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Francisco Rocadenbosch Burillo
- Tribunal
- Presidente del tribunal: Francisco Eugenio gonzález
- lLuis Font guiteras (vocal)
- (vocal)
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