基于氣溶膠后向散射的雙邊緣直接探測多普勒測風(fēng)激光雷達(dá)研究.pdf

1、本文報(bào)道了國內(nèi)第一臺基于大氣氣溶膠后向散射的雙邊緣測風(fēng)激光雷達(dá)。 第一章為綜述，敘述了測風(fēng)激光雷達(dá)的社會、經(jīng)濟(jì)、科研意義及其發(fā)展史。測風(fēng)激光雷達(dá)對提高長期天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性、風(fēng)暴預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性、改進(jìn)氣候研究模型、軍事環(huán)境預(yù)報(bào)、預(yù)報(bào)可能的生化武器釋放環(huán)境以提高國防安全等方面具有重大意義。歐共體、美國、日本的多家研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)建成地基、車載、機(jī)載測風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)，星載測風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)也在積極準(zhǔn)備中。 第二章講述了測風(fēng)激光雷達(dá)的基本

2、原理。直接探測方法中，邊緣技術(shù)將激光出射頻率鎖定在鑒頻器陡峭邊緣上，較小的頻移將導(dǎo)致較大的信號強(qiáng)度變化。雙邊緣技術(shù)是邊緣技術(shù)的有效改進(jìn)：一方面其承襲了單邊緣技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：另一方面它提高了測量靈敏度并且可以分別反演回波信號中的瑞利和氣溶膠成分，從而消除瑞利背景的影響。在此理論基礎(chǔ)上，作者開發(fā)了大氣風(fēng)場反演程序，并給出風(fēng)速誤差的時(shí)空分布。 基于氣溶膠后向散射的雙邊緣測風(fēng)激光雷達(dá)設(shè)計(jì)中，本文提出獨(dú)特的F-P標(biāo)準(zhǔn)具的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。首先，確

3、定自由譜間距后，將標(biāo)準(zhǔn)具透過率函數(shù)表達(dá)為唯一的系統(tǒng)參數(shù)——反射精細(xì)度的函數(shù)。其次，在設(shè)計(jì)過程中主動地考慮了透過率曲線的主要頻譜展寬因素。最后，通過估算僅存在量子噪聲極限時(shí)的相對測量誤差與反射精細(xì)度的關(guān)系，給出了標(biāo)準(zhǔn)具所有的工作參數(shù)和系統(tǒng)工作狀態(tài)。 本章最后簡單介紹了信號模擬，從而可以估計(jì)測風(fēng)激光雷達(dá)的性能。 第三章介紹了測風(fēng)激光雷達(dá)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)參數(shù)與工作時(shí)序。在直接測風(fēng)激光雷達(dá)的接收光路中安裝CCD監(jiān)視器，發(fā)現(xiàn)入射到

4、標(biāo)準(zhǔn)具上光斑的形狀及其強(qiáng)度分布將引入較大的系統(tǒng)誤差。通過在傳導(dǎo)光纖上安裝擾模器，并在反演風(fēng)速時(shí)引入強(qiáng)度分布函數(shù)，可以減小光斑引起的誤差。 在實(shí)驗(yàn)調(diào)試過程中，為解決光子計(jì)數(shù)探測器容易飽和的缺點(diǎn)，改進(jìn)了原先光路設(shè)計(jì)，使用光纖后向散射信號作為參考光。為了確保出射激光頻率在雙F-P標(biāo)準(zhǔn)具的中心位置，采用了透過率反饋信號調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)具腔長。 第四章描述了系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)采集方法。給出了典型實(shí)驗(yàn)結(jié)果，與安徽省氣象局多普勒雷達(dá)進(jìn)行了對比實(shí)驗(yàn)