微波調(diào)制測風激光雷達新方法和激光雷達測量溫度關(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)激光雷達因其具有高時空測量分辨率和晴空探測的優(yōu)勢已成為發(fā)展迅速的有效主動遙感手段,但它同時也存在功能單一,激光線寬窄和光學鑒頻器復雜的局限性。本論文研究的微波調(diào)制測風激光雷達是一種新穎的多普勒測量激光雷達,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,開發(fā)了大氣溫度剖面測量子模塊,實現(xiàn)了多普勒激光雷達測溫功能。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)制綜合激光雷達具有重要意義。
　　 本論文主要有三個創(chuàng)新點:一是提出微波調(diào)制測風激光雷達,消除傳統(tǒng)多普勒激光雷達對激光頻率穩(wěn)定性、線寬極窄的限制;二是將激光雷達的多普勒頻率鑒別從光學鑒頻轉(zhuǎn)移到成熟的微波鑒頻;三是開發(fā)基于單個碘分子濾波器的大氣溫度剖面測量功能模塊,實現(xiàn)多普勒激光雷達測溫功能,為多功能綜合激光雷達發(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)制測風激光雷達實驗測量系統(tǒng),通過

3、提取微波的多普勒頻移可反演速度。微波調(diào)制測風激光雷達是把激光作為載波,以微波作為信號去探測目標的速度,經(jīng)過微波調(diào)制的激光與目標相互作用后,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,實現(xiàn)了從光學鑒頻到微波鑒頻的轉(zhuǎn)換,摒除了昂貴復雜的光學鑒頻器,消除了多普勒激光雷達對激光線寬的限制。
　　 結(jié)合利用激光調(diào)制技術(shù)、激光與目標相互作用,從理論和實驗出發(fā),證

4、明強度調(diào)制激光作為探測信號用直接強度檢測方法提取目標、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)制測風激光雷達的大氣探測方式進行了模擬仿真,仿真結(jié)果表明該雷達1m/s速度變化對應8.7Hz頻移,測速范圍超過±2000m/s。并給出了微波調(diào)制測風激光雷達設計方案,探測方法和信噪比分析。與微波調(diào)制雷達的驅(qū)動系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試實驗得到線寬13Hz頻率1.3GHz優(yōu)異調(diào)制信號。全光纖微波調(diào)制測風激光雷達實驗

5、系統(tǒng)的研究為該新型激光雷達的關(guān)鍵技術(shù)突破做了前沿性的探索。
　　 本文第二個主要研究內(nèi)容是設計并實現(xiàn)了基于單個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,獲取了溫度剖面數(shù)據(jù),拓展多普勒激光雷達的探測功能,為之走向多大氣參數(shù)獲取和應用鋪了道路。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:激光雷達測量的16km高度下大氣溫度剖面數(shù)據(jù)與探空雷達的實測數(shù)據(jù)一致性較好,5km以內(nèi)測量標準差為1℃,