基于氣溶膠后向散射的雙邊緣直接探測多普勒測風激光雷達研究.pdf

1、本文報道了國內(nèi)第一臺基于大氣氣溶膠后向散射的雙邊緣測風激光雷達。 第一章為綜述，敘述了測風激光雷達的社會、經(jīng)濟、科研意義及其發(fā)展史。測風激光雷達對提高長期天氣預(yù)報的準確性、風暴預(yù)報的準確性、改進氣候研究模型、軍事環(huán)境預(yù)報、預(yù)報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、日本的多家研究機構(gòu)已經(jīng)建成地基、車載、機載測風激光雷達系統(tǒng)，星載測風激光雷達系統(tǒng)也在積極準備中。 第二章講述了測風激光雷達的基本

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)致較大的信號強度變化。雙邊緣技術(shù)是邊緣技術(shù)的有效改進：一方面其承襲了單邊緣技術(shù)的優(yōu)點：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)了大氣風場反演程序，并給出風速誤差的時空分布。 基于氣溶膠后向散射的雙邊緣測風激光雷達設(shè)計中，本文提出獨特的F-P標準具的優(yōu)化設(shè)計方法。首先，確

3、定自由譜間距后，將標準具透過率函數(shù)表達為唯一的系統(tǒng)參數(shù)——反射精細度的函數(shù)。其次，在設(shè)計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的相對測量誤差與反射精細度的關(guān)系，給出了標準具所有的工作參數(shù)和系統(tǒng)工作狀態(tài)。 本章最后簡單介紹了信號模擬，從而可以估計測風激光雷達的性能。 第三章介紹了測風激光雷達的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)參數(shù)與工作時序。在直接測風激光雷達的接收光路中安裝CCD監(jiān)視器，發(fā)現(xiàn)入射到

4、標準具上光斑的形狀及其強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，并在反演風速時引入強度分布函數(shù)，可以減小光斑引起的誤差。 在實驗調(diào)試過程中，為解決光子計數(shù)探測器容易飽和的缺點，改進了原先光路設(shè)計，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標準具的中心位置，采用了透過率反饋信號調(diào)制標準具腔長。 第四章描述了系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)采集方法。給出了典型實驗結(jié)果，與安徽省氣象局多普勒雷達進行了對比實驗