碘分子和F-P鑒頻器星載測風(fēng)激光雷達(dá)測量性能模擬比較和分析.pdf

1、星載測風(fēng)激光雷達(dá)是全球三維風(fēng)場探測的最有效手段，可以為數(shù)值天氣預(yù)報、大氣動力學(xué)等研究提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)補(bǔ)充。因考虐到衛(wèi)星發(fā)射的成本，其前期研究非常重要，對其進(jìn)行軟件仿真模擬便是其中重要的一環(huán)，歐洲空間局(ESA，European Space Agency)、美國太空總署(NASA，National Aeronautics and SpaceAdministration)都對星載測風(fēng)激光雷達(dá)進(jìn)行了前期模擬研究。
　　 本論文主要討論

2、了星載測風(fēng)激光雷達(dá)測量性能模擬。在測風(fēng)激光雷達(dá)非相干檢測中常用的兩種鑒頻器是Fabry-Perot(F-P)鑒頻器和碘分子鑒頻器，本文將模擬這兩種系統(tǒng)（355nmF-P交叉點鑒頻星載系統(tǒng)和532nm碘分子鑒頻器星載系統(tǒng)），同時結(jié)合其他硬件參數(shù)，分別進(jìn)行模擬及分析，并對兩系統(tǒng)模擬結(jié)果做出對比。
　　 論文首先簡要分析了國際上星載測風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)模擬的現(xiàn)狀。然后描述了大氣與激光的相互作用、測風(fēng)激光雷達(dá)原理以及檢測方法等，并分別討論了

3、F-P鑒頻器和碘分子鑒頻器的原理。其次分析了星載模擬軟件所涉及的技術(shù)問題，主要包括大氣模型、激光雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)選取（發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)）、衛(wèi)星平臺和數(shù)據(jù)處理方法。
　　 在論文主體部分，即測量性能模擬過程中，首先從理論上對F-P鑒頻器和碘分子鑒頻器星載系統(tǒng)的潛在測量性能做了定量對比分析，結(jié)果表明在0-5km高度范圍內(nèi)，特別是氣溶膠含量豐富區(qū)域，碘分子鑒頻器具有明顯的測量優(yōu)勢，而在5km以上高度（氣溶膠含量基本為零區(qū)域），碘分子和F

4、-P鑒頻器系統(tǒng)的風(fēng)速測量誤差比約為4：3。
　　 其次進(jìn)行了兩種鑒頻器實際星載系統(tǒng)的模擬。對于F-P鑒頻器系統(tǒng)，為驗證F-P模擬算法的可行性，先對ESA研制中的星載測風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)ALADIN中F-P鑒頻器模塊進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果與ESA研究結(jié)果在3-20km高度內(nèi)基本吻合；再進(jìn)行355nmF-P交叉點星載系統(tǒng)模擬，模擬結(jié)果表明在355nm激光平均功率15W、兩個掃描角各累積900次脈沖時，20km處水平風(fēng)場風(fēng)速精度達(dá)到3m/s，

5、對應(yīng)水平距離分辨率為130km。對于碘分子鑒頻器系統(tǒng)，為驗證碘分子模擬算法的可信度，先進(jìn)行中國海洋大學(xué)車載測風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)的模擬，模擬回波和反演風(fēng)場與實測數(shù)據(jù)具有較好的一致性；再對532nm碘分子鑒頻器星載系統(tǒng)進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果表明在532nm激光平均功率35W、兩個掃描角各累積1300次脈沖時，20km處水平風(fēng)場風(fēng)速精度達(dá)到3m/s，對應(yīng)水平距離分辨率為180km。
　　 最后結(jié)合上述測量性能模擬結(jié)果以及工程技術(shù)要求等，對碘分