中高層大氣測(cè)溫測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)研制及重力波觀測(cè).pdf

1、中高層大氣20-120km是一個(gè)很重要也很復(fù)雜的區(qū)域，它包含了很多重要的地球物理學(xué)現(xiàn)象，例如地球最冷的地方-中間層頂、極區(qū)中層云(PMC)、夜光云(NLC)、大氣金屬層(Na，K，Ca，Li，F(xiàn)e)、氣輝層(OH，O，O2)、以及行星波、潮汐波和重力波等對(duì)大氣環(huán)流有重要作用的大氣動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象。在過去的幾十年里，激光雷達(dá)對(duì)溫度和密度的探測(cè)，時(shí)常被用于中高層大氣重力波的研究中;如果要對(duì)內(nèi)重力波的特征進(jìn)行更詳盡的研究，風(fēng)場(chǎng)波動(dòng)數(shù)據(jù)必不可少。然而

2、，就目前而言，在平流層和中間層大氣中，能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)速和溫度同時(shí)測(cè)量的激光雷達(dá)系統(tǒng)非常稀少。迄今為止，僅有ALOMAR觀測(cè)站的RMR雷達(dá)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的車載瑞利多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)、以及美國科羅拉多大學(xué)Chu教授課題組基于Na雙邊緣技術(shù)的測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)具備平流層風(fēng)場(chǎng)和溫度同時(shí)進(jìn)行持續(xù)觀測(cè)能力。本文正是從研究測(cè)溫測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)的技術(shù)出發(fā)，主要內(nèi)容可以概括成以下三部分:
　　首先，參與研制了中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)車載瑞利多普勒激光雷達(dá)系統(tǒng)。為了提

3、高系統(tǒng)頻率鎖定的精度和穩(wěn)定性，給出了在法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的前置光學(xué)里引入積分球的技術(shù)解決方案;在對(duì)系統(tǒng)零點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，利用一個(gè)非偏振分束棱鏡代替光纖分束器，使得每一個(gè)出射激光脈沖相對(duì)于法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具信號(hào)通道的位置可以精確確定;針對(duì)由激光器和法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具引起的系統(tǒng)頻譜漂移問題，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最終得到當(dāng)系統(tǒng)溫控精度達(dá)到0.1K時(shí)，系統(tǒng)測(cè)風(fēng)誤差可以達(dá)到0.6m/s。
　　其次，參與了美國科羅拉多大學(xué)STAR雷達(dá)的系統(tǒng)升級(jí)。針

4、對(duì)系統(tǒng)光學(xué)效率低的問題，設(shè)計(jì)了消除望遠(yuǎn)鏡像差的實(shí)驗(yàn)方案，并通過ZEMAX對(duì)后光纖光路進(jìn)行追蹤，使得雷達(dá)信號(hào)提高了5～10倍;設(shè)計(jì)了法拉第反常色散濾光器，實(shí)現(xiàn)了白天觀測(cè);通過數(shù)值模擬，計(jì)算了法拉第反常色散濾光器的等效噪聲帶寬，并通過改變工作溫度和磁場(chǎng)，對(duì)法拉第反常色散濾光器的性能進(jìn)行了優(yōu)化。
　　最后，通過對(duì)兩套激光雷達(dá)觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析，從溫度和風(fēng)場(chǎng)同時(shí)進(jìn)行重力波的分析和個(gè)例研究。采用2D-FFT分析了風(fēng)場(chǎng)和溫度擾動(dòng)的頻譜特性，在用矩