微波調(diào)制測風(fēng)激光雷達(dá)新方法和激光雷達(dá)測量溫度關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、隨著激光技術(shù)和光電子技術(shù)的發(fā)展,多普勒(Doppler)激光雷達(dá)因其具有高時(shí)空測量分辨率和晴空探測的優(yōu)勢已成為發(fā)展迅速的有效主動(dòng)遙感手段,但它同時(shí)也存在功能單一,激光線寬窄和光學(xué)鑒頻器復(fù)雜的局限性。本論文研究的微波調(diào)制測風(fēng)激光雷達(dá)是一種新穎的多普勒測量激光雷達(dá),它既具有直接探測大氣中分子和氣溶膠平均速度場的優(yōu)勢,也具有相干探測靈敏度高的優(yōu)勢。同時(shí),開發(fā)了大氣溫度剖面測量子模塊,實(shí)現(xiàn)了多普勒激光雷達(dá)測溫功能。這將使得微波調(diào)制和測溫結(jié)合起來

2、做一套微波調(diào)制綜合激光雷達(dá)具有重要意義。
　　 本論文主要有三個(gè)創(chuàng)新點(diǎn):一是提出微波調(diào)制測風(fēng)激光雷達(dá),消除傳統(tǒng)多普勒激光雷達(dá)對激光頻率穩(wěn)定性、線寬極窄的限制;二是將激光雷達(dá)的多普勒頻率鑒別從光學(xué)鑒頻轉(zhuǎn)移到成熟的微波鑒頻;三是開發(fā)基于單個(gè)碘分子濾波器的大氣溫度剖面測量功能模塊,實(shí)現(xiàn)多普勒激光雷達(dá)測溫功能,為多功能綜合激光雷達(dá)發(fā)展鋪路。
　　 本文的主要研究內(nèi)容之一是構(gòu)建了一套基于全光纖微波調(diào)制測風(fēng)激光雷達(dá)實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng),通過

3、提取微波的多普勒頻移可反演速度。微波調(diào)制測風(fēng)激光雷達(dá)是把激光作為載波,以微波作為信號去探測目標(biāo)的速度,經(jīng)過微波調(diào)制的激光與目標(biāo)相互作用后,不僅激光頻率有多普勒頻移而且微波的頻率同樣有多普勒頻移,這樣利用了混頻,濾波,頻譜分析等成熟的微波處理技術(shù)來檢測多普勒信息,實(shí)現(xiàn)了從光學(xué)鑒頻到微波鑒頻的轉(zhuǎn)換,摒除了昂貴復(fù)雜的光學(xué)鑒頻器,消除了多普勒激光雷達(dá)對激光線寬的限制。
　　 結(jié)合利用激光調(diào)制技術(shù)、激光與目標(biāo)相互作用,從理論和實(shí)驗(yàn)出發(fā),證

4、明強(qiáng)度調(diào)制激光作為探測信號用直接強(qiáng)度檢測方法提取目標(biāo)、大氣速度場可行;而相位調(diào)制激光作為探測信號只能用相干檢測方法提取多普勒信息。針對微波調(diào)制測風(fēng)激光雷達(dá)的大氣探測方式進(jìn)行了模擬仿真,仿真結(jié)果表明該雷達(dá)1m/s速度變化對應(yīng)8.7Hz頻移,測速范圍超過±2000m/s。并給出了微波調(diào)制測風(fēng)激光雷達(dá)設(shè)計(jì)方案,探測方法和信噪比分析。與微波調(diào)制雷達(dá)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試實(shí)驗(yàn)得到線寬13Hz頻率1.3GHz優(yōu)異調(diào)制信號。全光纖微波調(diào)制測風(fēng)激光雷達(dá)實(shí)驗(yàn)

5、系統(tǒng)的研究為該新型激光雷達(dá)的關(guān)鍵技術(shù)突破做了前沿性的探索。
　　 本文第二個(gè)主要研究內(nèi)容是設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于單個(gè)碘分子濾波器的測溫子模塊。該模塊安裝于車載多普勒激光雷達(dá),獲取了溫度剖面數(shù)據(jù),拓展多普勒激光雷達(dá)的探測功能,為之走向多大氣參數(shù)獲取和應(yīng)用鋪了道路。在溫度的反演中,提出了一種基于S6模型的大氣溫度反演方法。對比結(jié)果顯示:激光雷達(dá)測量的16km高度下大氣溫度剖面數(shù)據(jù)與探空雷達(dá)的實(shí)測數(shù)據(jù)一致性較好,5km以內(nèi)測量標(biāo)準(zhǔn)差為1℃,