激光多普勒測風(fēng)雷達(dá)發(fā)射與接收光學(xué)系統(tǒng)研究.pdf

1、發(fā)射與接收系統(tǒng)是激光多普勒測風(fēng)雷達(dá)中至為重要的一個(gè)功能模塊。本課題通過理論模擬和實(shí)驗(yàn)研究對其光學(xué)主要參數(shù)的選取、同軸調(diào)整、光纖耦合調(diào)整及其光束準(zhǔn)直進(jìn)行了分析，對提高激光測風(fēng)雷達(dá)的探測距離和接收效率有著重要的意義，是雷達(dá)系統(tǒng)鑒頻和信號處理的基礎(chǔ)和依據(jù)。
　　理論研究包括以下2個(gè)方面：通過激光雷達(dá)方程、卡塞格倫望遠(yuǎn)鏡模型以及透鏡成像理論，結(jié)合出射激光的光學(xué)參數(shù)，提出了出射激光8倍擴(kuò)束、40cm通光口徑卡塞格倫望遠(yuǎn)鏡接收、62.5μm芯

2、徑多模光纖耦合的設(shè)計(jì)要求；基于F-P標(biāo)準(zhǔn)具透過率模型，數(shù)值計(jì)算分析了光纖出射光束發(fā)散角對角度調(diào)諧下標(biāo)準(zhǔn)具透過率曲線及其包絡(luò)、初始工作點(diǎn)選取以及鑒頻靈敏度的影響，與實(shí)驗(yàn)吻合較好。
　　實(shí)驗(yàn)研究包括以下3個(gè)方面：為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離回波信號的探測接收，通過面陣CCD探測器和電控調(diào)整架編程實(shí)現(xiàn)了發(fā)射與接收系統(tǒng)的光學(xué)同軸調(diào)整，當(dāng)設(shè)定成像質(zhì)心誤差為5個(gè)像素時(shí)，其光學(xué)同軸誤差為15.86μrad，此時(shí)可通過光子計(jì)數(shù)器和數(shù)據(jù)采集卡有效探測接收到9km內(nèi)

3、的回波信號；為實(shí)現(xiàn)回波信號與多模光纖的有效耦合，通過532nm及1064nm激光正反向調(diào)整結(jié)合對其光路進(jìn)行了精確調(diào)整，由于入射激光參數(shù)及調(diào)整精度的影響，最佳調(diào)整時(shí)多模光纖耦合效率為17.54％；對多模光纖傳輸準(zhǔn)直后的回波信號，通過 CCD標(biāo)定法對其發(fā)散角進(jìn)行了精確測量，當(dāng)CCD精確放置在長焦距透鏡焦點(diǎn)處時(shí)，由于CCD質(zhì)心定位像素誤差導(dǎo)致的發(fā)散角測量誤差為2.73μrad，且該法可實(shí)時(shí)觀測光束在準(zhǔn)直調(diào)整過程中發(fā)散角的變化以及光斑光強(qiáng)分布情

4、況，有利于準(zhǔn)直系統(tǒng)的實(shí)時(shí)調(diào)整，在此基礎(chǔ)上通過焦距為23.5mm的短焦距非球面透鏡實(shí)現(xiàn)了對出射光束的準(zhǔn)直，最佳準(zhǔn)直情況下發(fā)散角為3.25mrad，結(jié)合發(fā)散角分別為7.34mrad、1.42mrad時(shí)F-P標(biāo)準(zhǔn)具角度掃描透過率曲線，得出光束發(fā)散角對曲線形狀及包絡(luò)的影響，與數(shù)值分析吻合較好，對于自聚焦透鏡準(zhǔn)直，結(jié)合4倍離焦系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)2.75mrad的發(fā)散角準(zhǔn)直，進(jìn)一步3倍擴(kuò)束可實(shí)現(xiàn)1.09mrad的發(fā)散角壓縮，與單透鏡準(zhǔn)直相比，準(zhǔn)直效果較好。