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直接测风激光雷达研究

作　者: 陈一峰
导　师: 杨小丽
学　校: 电子科技大学
专　业: 光学
关键词: 测风激光雷达双边缘技术直接探测 F-P标准具
分类号: TN958.98
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

直接测风激光雷达是探测晴空风场精细结构的遥感工具,对于天气预报、大气动力学研究、航空风切变安全预警和国防应用都有重要的意义和显著的应用前景。多普勒激光测风雷达从工作原理上可分为相干和非相干(直接探测)两种。论文中采用了双通道Fabry-Perot(F-P)干涉仪直接探测系统,探测Mie散射回波信号。考虑到大气气溶胶和分子的运动对发散激光束的作用,在低空,发射激光用1064nm时,大气分子的Rayleigh散射回波信号几乎为零,气溶胶的Mie散射信号相对较强,这给信号的探测带来很大的方便。鉴频系统是多普勒测风雷达的关键技术之一,能从探测光强度的变化分析出频移量,其鉴频能力会影响雷达测风的精度。本文分析了测风激光雷达的基本原理。直接探测方法中,边缘技术将激光入射频率锁定在鉴频器陡峭边缘上,较小的频移将导致较大的信号强度变化。论文主要研究测风雷达的鉴频系统,分析了针对低空气溶胶散射信号的双边缘探测理论,然后仿真了F-P对激光束的透过率函数,根据不同F-P的参数对系统灵敏度的影响选择最适合的F-P参数,仿真鉴频系统的鉴频过程。分析了激光线宽,标准具表面质量等对系统鉴频的影响,在现阶段,我们采用的F-P双通道是分开的独立通道,为了提高其稳定性能,进行改进,将两个标准具固定在一个基板上,在受到环境干扰时它们的中心频率漂移变化相同,于是可以保证标准具的频谱中心间隔不受干扰。为了确保出射激光频率在双F-P标准具的中心位置,采用了透过率反馈信号调制标准具腔长。最后对仿真后的数据进行了分析,选取合适的参数,给出了风速误差随高度变化模拟结果。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-17
  1.1 大气风场探测的意义与目的  9-10
  1.2 大气风场测量的主要手段  10-12
  1.3 国内外发展动态  12-16
    1.3.1 国外研究进展  13-14
    1.3.2 国内研究进展  14-16
  1.4 论文的主要工作  16-17
第二章激光大气风场测量原理  17-33
  2.1 激光大气风场遥感的原理  17-20
  2.2 单边缘测风激光雷达工作原理  20-23
  2.3 双边缘测风激光雷达工作原理  23-25
  2.4 三波束扫描的方法  25-28
  2.5 直接测风激光雷达的信号模拟  28-32
    2.5.1 工作波长的选择  28
    2.5.2 回波信号的各项干扰分析  28-31
    2.5.3 激光雷达方程  31-32
  2.6 本章小结  32-33
第三章基于F-P 标准具鉴频系统仿真  33-45
  3.1 F-P 标准具的原理  33-37
    3.1.1 F-P 标准具的透过率函数  33-36
    3.1.2 F-P 标准具基本概念  36-37
  3.2 F-P 标准具透过率的仿真  37-40
  3.3 鉴频仿真与仿真结果分析  40-44
  3.4 本章小结  44-45
第四章影响鉴频系统的主要因素  45-58
  4.1 影响标准具鉴频主要的因素  45-50
    4.1.1 激光线宽的影响  45-48
    4.1.2 标准具表面质量的影响  48-50
  4.2 入射光频率动态追踪  50-52
  4.3 测风激光雷达的光路示意图  52-54
  4.4 系统控制  54-57
  4.5 本章小结  57-58
第五章总结和展望  58-59
  5.1 总结  58
  5.2 展望  58-59
致谢  59-60
参考文献  60-64
攻硕期间取得的研究成果  64-65

直接测风激光雷达研究

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