多普勒激光雷達(dá)配合型工作方式與相位調(diào)制探測(cè)方法的研究.pdf

1、多普勒激光雷達(dá)是運(yùn)動(dòng)目標(biāo)速度測(cè)量和大氣風(fēng)場(chǎng)遙感的有力工具，根據(jù)工作原理其主要可分為直接探測(cè)多普勒激光雷達(dá)和相干探測(cè)多普勒激光雷達(dá)。這兩類(lèi)多普勒激光雷達(dá)各自存在顯著優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，各自也存在著難以克服的缺點(diǎn)。相干探測(cè)多普勒激光雷達(dá)由于其采用的探測(cè)方法對(duì)激光器線(xiàn)寬、頻率穩(wěn)定性以及光學(xué)對(duì)準(zhǔn)的要求相當(dāng)苛刻，使其難于在工程實(shí)踐中廣泛應(yīng)用；直接探測(cè)多普勒激光雷達(dá)受其邊緣濾波器透過(guò)率特性的限制，較難獲得到很高的測(cè)量精度和測(cè)量范圍。針對(duì)兩種多普勒激光雷達(dá)各

2、自存在的問(wèn)題，本文從以下兩個(gè)方面展開(kāi)研究：
　　首先，本文提出了直接探測(cè)米散射多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)的配合型工作方式，并對(duì)其進(jìn)行了理論研究。該直接探測(cè)多普勒激光雷達(dá)采用的是Fabry-Perot干涉儀雙邊緣技術(shù)，其配合型工作方式是結(jié)合其自身的風(fēng)速測(cè)量誤差分布特點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際風(fēng)速測(cè)量的需要，通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整出射激光頻率在Fabry-Perot干涉儀透過(guò)率譜上的位置，來(lái)保證能始終利用Fabry-Perot干涉儀透過(guò)率曲線(xiàn)最高測(cè)量精度的部分對(duì)風(fēng)速

3、進(jìn)行測(cè)量，從而達(dá)到提高測(cè)量精度、拓寬測(cè)量范圍的目的。
　　理論上證明，對(duì)于采用配合型工作方式的普通Fabry-Perot雙邊緣米散射直接探測(cè)多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)，其鑒頻系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)可以不必考慮風(fēng)速測(cè)量范圍的限制來(lái)盡量提高測(cè)量精度，還可根據(jù)實(shí)際風(fēng)速的需要調(diào)整自身的狀態(tài)來(lái)獲得最佳的測(cè)量結(jié)果。
　　理論上證明，利用配合型工作方式設(shè)計(jì)的一種特殊角度調(diào)諧 Fabry-Perot雙邊緣米散射直接探測(cè)多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)，與普通Fabry-

4、Perot雙邊緣米散射直接探測(cè)多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)相比，具有相同的最小測(cè)量誤差，但卻具有更小的測(cè)量誤差范圍，兩者的誤差范圍相差5.76倍。
　　其次，本文提出了一種新的多普勒頻移探測(cè)方法。該方法通過(guò)相位調(diào)制器使信號(hào)光在原有頻率成分（載波）的基礎(chǔ)上產(chǎn)生正負(fù)一階邊帶，再通過(guò)在Fabry-Perot干涉儀對(duì)載波和邊帶的振幅和相位進(jìn)行調(diào)整，使載波與邊帶產(chǎn)生固定頻率的拍頻信號(hào)，利用此拍頻信號(hào)進(jìn)行信號(hào)光多普勒頻移測(cè)量。由于產(chǎn)生此拍頻信號(hào)的光波是

5、同一信號(hào)光的不同頻率成分，它們經(jīng)歷相同的時(shí)間和空間，且相干性不會(huì)因探測(cè)距離的增加而降低，所以無(wú)需過(guò)高要求系統(tǒng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)和光源，自然可以獲得極高的拍頻效率，這就從根本上解決了相干探測(cè)方法存在的問(wèn)題。
　　理論與實(shí)驗(yàn)研究同時(shí)證明，信號(hào)光相位調(diào)制拍頻信號(hào)的振幅與相位參量都可以用來(lái)進(jìn)行多普勒頻移測(cè)量；與Fabry-Perot干涉儀單邊緣技術(shù)相比，拍頻信號(hào)相位參量多普勒頻移測(cè)量方法的測(cè)量范圍提高了1倍，且無(wú)需對(duì)信號(hào)光進(jìn)行能量檢測(cè)。
　

6、　實(shí)驗(yàn)上，實(shí)現(xiàn)了利用基于LabView可視化語(yǔ)言與數(shù)據(jù)采集卡的虛擬數(shù)字鎖相放大器，對(duì)相位調(diào)制拍頻信號(hào)的振幅與相位兩個(gè)多普勒鑒頻參量的提取；證明了相位調(diào)制拍頻信號(hào)振幅參量多普勒頻移測(cè)量方法比普通邊緣技術(shù)多普勒頻移測(cè)量方法具有更高的抗外界電磁干擾能力，當(dāng)外界具有高電磁干擾時(shí)，此拍頻信號(hào)方法的測(cè)量精度可以比邊緣技術(shù)方法的測(cè)量精度高約10倍左右。
　　理論上，推導(dǎo)出相位調(diào)制拍頻信號(hào)多普勒頻移測(cè)量方法的測(cè)量誤差公式；其仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻