全光纖相干測風(fēng)激光雷達(dá)研究.pdf

1、測風(fēng)激光雷達(dá)是目前可以實時、多尺度主動探測晴空風(fēng)場的重要方法，在民用航天、航空氣象保障、數(shù)值天氣預(yù)報研究、軍事保障有較好的應(yīng)用前景。全光纖相干測風(fēng)激光雷達(dá)是在保偏光纖無源器件的基礎(chǔ)上，對原始系統(tǒng)中光學(xué)子系統(tǒng)的一種升級。由于全光纖系統(tǒng)中的激光都在光纖中進(jìn)行傳輸，所以相比較原始空間光測風(fēng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在更加惡劣外部環(huán)境，提供更加穩(wěn)定的性能。
　　本論文介紹了國內(nèi)外常用主動式和被動式測風(fēng)傳感器;分析了主動式測風(fēng)激光雷達(dá)中，相干鑒頻方式

2、和非相干鑒頻方式的優(yōu)缺點;總結(jié)了國內(nèi)外相干測風(fēng)激光雷達(dá)的發(fā)展過程和發(fā)展現(xiàn)狀。
　　為了能夠更全面的了解全光纖相干系統(tǒng)，首先闡述了全光纖相干探測原理，其次分析了一個典型全光纖相干測風(fēng)激光雷達(dá)中激光發(fā)射子系統(tǒng)、激光接收子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、信號處理子系統(tǒng)的功能、組成結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)算法。最后探討了這些子系統(tǒng)中所使用關(guān)鍵器件的實現(xiàn)原理、重要指標(biāo)，以及這些指標(biāo)所能獲得的系統(tǒng)的最佳性能。
　　為了搭建全光纖測風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)，模擬了一套激光

3、雷達(dá)系統(tǒng)。通過這個模擬系統(tǒng)研究了聚焦式相干激光雷達(dá)系統(tǒng)的信噪比;空間光耦合到單模光纖的耦合效率;回波功率和信噪比隨著聚焦位置的變化關(guān)系;脈沖和連續(xù)激光雷達(dá)系統(tǒng)信噪比和本振光的關(guān)系，給出了模擬系統(tǒng)中系統(tǒng)信噪比最大時所對應(yīng)的本振光的功率分別為730uW和700uW。分析了脈沖激光雷達(dá)系統(tǒng)中，聲光調(diào)制器(AOM:Acousto-Optical Modulators)消光比與系統(tǒng)性能的關(guān)系，結(jié)合模擬系統(tǒng)參數(shù)計算了該模擬系統(tǒng)中AOM的消光比最小為

4、-90dB。
　　介紹了根據(jù)模擬系統(tǒng)所要求的各個部件的性能選擇的如激光器、保偏光纖環(huán)形器、聲光調(diào)制器、可調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡、平衡探測器等器件的指標(biāo)。使用這些器件，本文搭建了一套全光纖脈沖測風(fēng)激光雷達(dá)和一套全光纖連續(xù)風(fēng)速儀。本文使用設(shè)計的全光纖相干脈沖激光雷達(dá)系統(tǒng)對大氣進(jìn)行了觀測，成功的測量了45m-300m的大氣風(fēng)速。分析和測量了脈沖激光器由于損壞而產(chǎn)生次脈沖的強度，以及對于系統(tǒng)的探測性能的影響。對于搭建的全光纖連續(xù)相干風(fēng)速儀，首先使用轉(zhuǎn)