小型相干測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理方法.pdf

1、相干測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)在國(guó)內(nèi)發(fā)展迅速，作為一種非接觸遙感測(cè)量方法具有測(cè)量精度高、范圍廣、響應(yīng)速度快、可判別方向等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、環(huán)境和氣象災(zāi)害、軍事安全等領(lǐng)域。本文主要根據(jù)多普勒效應(yīng)測(cè)量大氣風(fēng)場(chǎng)信息。
　　本文首先介紹相干測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)的基本原理，采用光外差法檢測(cè)多普勒頻移反演大氣徑向風(fēng)速。本文主要工作包括兩個(gè)方面：首先對(duì)相干測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行性能優(yōu)化，使系統(tǒng)更加小型化、集成化，增加AOM（聲光調(diào)制器）裝置，能夠探測(cè)正負(fù)

2、多普勒頻移，避免低頻噪聲干擾。其次對(duì)接收的回波信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，主要采用快速傅里葉變換法將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻域信號(hào)。根據(jù)原始頻譜信息對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行累加去噪、擬合處理，最后根據(jù)多普勒頻移信息計(jì)算大氣徑向風(fēng)速。
　　本文給出了詳細(xì)的數(shù)據(jù)處理流程，核心為功率譜估計(jì)，分析提高系統(tǒng)信噪比的方法，一是累加平均法；二是使用平衡探測(cè)裝置提高系統(tǒng)信噪比。在進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合時(shí)比較不同擬合方法發(fā)現(xiàn)平滑樣條擬合法效果較好，最后根據(jù)擬合后的頻譜圖提取多普勒頻移信

3、息計(jì)算大氣徑向風(fēng)速。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明可以明顯消除系統(tǒng)噪聲，提高信噪比，改善信號(hào)質(zhì)量，提高徑向風(fēng)速的測(cè)量精度。
　　最后，根據(jù)本文研制的連續(xù)相干測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)裝置進(jìn)行相關(guān)風(fēng)速測(cè)量實(shí)驗(yàn)，首先進(jìn)行車(chē)載風(fēng)速測(cè)量，測(cè)量結(jié)果與GPS測(cè)速儀對(duì)比分析，相關(guān)性在81％以上，然后與Molas B300型測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)做對(duì)比實(shí)驗(yàn)，相關(guān)性都在84%以上?？傊?，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)噪聲去除明顯，信噪比提高，而且能夠探測(cè)正負(fù)多普勒頻移，根據(jù)本文數(shù)據(jù)處理方法，顯著改