连续光纤激光相干测风雷达技术研究

大气风场的测量在环境、航空、航天等领域具有重要的应用价值。目前对于近距离大气风场的报道较少, 而传统脉冲激光测风系统往往存在着低空盲区,不能满足对近距离低空风场的测量。采用连续激光 光源设计并建立了一套短距测风系统,实现了近距离风场信息的测量,与测风仪对比同时刻实验测量结果 误差不超过3\%。对研制的连续激光测风系统结合适当的扫描方式进行组装,可以为短距风场的实际测量服务。     

1.55 um全光纤相干激光测风雷达技术的研究

风速的监测在气象预测、飞行器的安全保障及风力资源的勘测等方面都有着十分重要的应用。采用1.55 um窄线宽全光纤激光器开展全光纤相干多普勒激光测风技术的研究,建立一套由电机带动转盘转动模拟风速测量装置,利用散射信号产生多普勒频移来校准系统的测量准确性。系统采用的1.55um全光纤脉冲激光器单脉冲能量为10 uJ、脉冲重复频率为20 kHz、脉宽为200 ns, 模拟风速与实际测量结果具有很好的一致性。     

光源线宽对相干激光测风雷达探测性能的影响分析

使用窄线宽激光源是相干激光测风雷达的特点之一,为研究不同线宽光源对激光测风雷达探测性能的影响,从理论分析了在相干长度内、外时光电流的频谱特性,并使用了三种不同线宽的激光光源进行实际的测风试验。试验表明,当探测距离在相干长度外时,100 kHz光源信号幅度较1 kHz与10 kHz两种光源下降约30%,且部分频段噪声幅度较大。因此,在设计中近程激光测风雷达,可考虑选用百kHz量级线宽光源,而探测距离数千米甚至更远的中远程激光测风雷达,可考虑选取几十千赫级线宽光源。     

相干激光测风雷达信号处理系统研究

介绍了基于相干探测方式的多普勒激光测风雷达的基本组成结构和原理,着重对激光测风雷达的信号处理系统进行了研究.文中给出了信号处理系统中所采用的多普勒信号处理方法,对采集到的多普勒回波信号进行了仿真研究.采用商业数据采集卡和LABVIEW软件,设计了相干激光测风雷达信号处理系统,并通过搭建的平台实现了激光视向风速的测量.通过模拟的多普勒回波信号,对信号处理系统进行了测试验证,实验结果证明了该信号处理系统能够达到0.8 m/s的速度测量精度.     

相干激光测风雷达信号提取与仿真

讨论了将脉冲信号积累应用于相干激光雷达的具体方法,并利用Simulink软件平台对信号处理过程进行仿真。由仿真结果可知,在相应的设定下,进行0.028 s以上的相干积累,信噪比(SNR)增益可达22 dB以上;如果在0.007 s内先进行短时相干积累,再进行非相干积累,当积累总时间超过0.020 s时,信噪比增益将达到18 dB 以上。     

全光纤激光相干探测实现远距离目标测速

采用全光纤结构进行相干探测,使用输出功率100 mW窄线宽激光作发射源,利用多普勒效应,可对0.1 m～3 km目标进行测速。该系统探测灵敏度可达10-13W,具有功耗小、环境适应性好、可靠性高等优点,适用于飞船着陆器安全软着陆等应用。     

激光相干测风技术应用研究

激光相干探测技术能够在晴空下实时获得高时空分辨率的风场分布,是目前研究大气风场的一种重要手段。首先简述了 大气风场测量的意义,针对激光相干测风技术进行了介绍。随后结合目前相干多普勒测风激光雷达的发展情况,重点对相干 激光测风探测技术在不同领域上的应用进行分析和总结。最后,通过对比目前相干探测技术的应用缺陷,进一步分析了相干探测技术的应用前景。     

滤波器组在相干激光测风雷达信号处理中的应用

首先简要介绍了相干激光测风雷达和数字滤波器组的工作原理,然后重点分析了余弦调制滤波器组。余弦调制滤波器组具有实现简单、占用资源少等特点。信号通过滤波器组后可分解成若干个窄带子信号,目标的多普勒频率将落入其中一个子带信号中,针对这一子信号进行处理可获得较高的信噪比。利用Matlab设计出了8通道余弦调制滤波器组,然后对回波信号进行处理,从仿真结果和实测信号处理结果可以看出:该方法可以判断并抽取出多普勒频率所在的子带信号。     

人眼安全相干多普勒测风激光雷达全光纤单频激光器

为了满足近距离相干测风激光雷达对激光发射源的需求,采用种子源振荡-放大(MOPA)的工作方式,对小型化、全光纤、高重复频率、窄线宽并处于人眼安全工作波段的激光雷达用单频脉冲激光器进行了研究.实现激光输出波长1542.4 nm,重复频率10 kHz,脉冲宽度500 ns,线宽1 MHz,平均输出功率50 mW,峰值功率10 W,单脉冲能量5μJ.该激光器可作为近距离相干激光雷达发射源.     

全光纤激光相干合成实验研究

设计了由两支光纤激光器组成的迈克尔逊型全光纤激光器阵列.通过实验,分析输出光束的耦合相干性,分析两泵浦激光器泵浦功率比对耦合效率、泵浦效率及输出功率的影响,分析所设计的光纤激光器阵列的稳定性.结果表明:激光器阵列的输出功率等于子光纤激光器输出功率的相干合成,耦合效率相对稳定;未达到增益饱和的情况下,泵浦效率和输出功率均与泵浦功率比成递减关系.     

直接探测测风激光雷达的性能分析

综述了激光雷达大气风场测量的方法，提出了采用直接探测到量三维风场分布的F-P干涉仪方法，简述了测量原理，分析了系统的性能和测量误差，比较了基于分子散射和气溶胶散射的系统测量精度，给出了基于瑞利散射的激光雷达系统方案。     

多普勒天气雷达与风廓线雷达测风比较

多普勒天气雷达可以在线性风场的假设条件下,从其所获取的径向速度数据中通过傅氏变换求解得到不同高度上的环境水平风矢量及散度;风廓线雷达以空中湍流为目标,在风场一致性及各向同性的假设条件下,通过测量目标运动的径向速度来反演所在地上空的三维风场。新一代多普勒天气雷达可以测量测站周围30km内不同高度层上的平均风场,测量范围大;风廓线雷达可比较准确地测量测站上空的三维风场,且垂直分辨率较高。两者的测量机理不同,探测的空中目标也存在一定的差异。其测量结果可以互相补充,前提是两者的测量具有很好的一致性和可比较性。这对正确理解和合理利用这两种雷达数据都有一定的帮助。     

大气CO2相干探测激光雷达系统性能分析

探测大气CO2浓度对气候环境的研究具有重要意义.采用相干探测较非相干探测具有更高的信噪比.目前1.5 μm波长由于在人眼安全、系统设计简单廉价等方面存在一定优势,使1.5 μm可能成为未来探测大气分子或气溶胶激光雷达的主流波长.阐述了激光雷达相干探测大气CO2的原理,设计了1.5 μm相干探测激光雷达系统,并对系统的信噪比进行了估算,得出结论:1.5 μm相干探测CO2是可行的,经过3 min的脉冲积累,在3 km处仍具有高于10的信噪比值.该激光雷达相干探测系统也可用于大气风场探测.     

全光纤相干合成激光技术的研究

研究了全光纤相干合成激光技术的最新发展成果，对于目前常用技术的原理，性能，优缺点作了较全面的总结，分析和比较。     

光纤脉冲相干激光测风雷达光学天线特性分析

为了提高光纤脉冲相干激光测风雷达性能,采用数学建模的方法来分析光学天线特性。利用后向传播本振原理,讨论光学天线口径对系统载噪比的影响,以及光瞳截断比对天线效率的影响; 提出光学接收耦合效率的定义,研究不同大气折射率结构常数条件对耦合效率和测程的影响;通过搭建实验平台,测量不同距离门内的载噪比和频谱强度等参数,验证了仿真结果。结果表明,当远场探测距离在7km~10km范围内变化时,天线最优口径为100mm,光瞳截断比最优值为0.8;相较弱湍流情况,强湍流会使同一系统测程下降近30%。此研究为光学天线的优化设计提供了理论依据。     

相干多普勒激光测风雷达系统研究及验证

介绍了相干多普勒激光测风雷达国内外现状,阐述了其基本原理,给出了风速矢量反演计算过程,并对相干多普勒激光测风雷达系统方案进行了分析,利用标校塔以及超声波测风仪等设备进行了风场测量验证实验,获得了80~600m处的风场信息,验证了测风系统的设计指标。     

3维激光测风雷达技术研究

为了精确测量3维大气风场的实时状态以应对低空风切变在飞行器起降过程中给飞行器带来的多种问题,通过DBS四波束风场反演原理研制出一款小型3维激光测风雷达。对大气风场展开测风试验并获取风场数据,并与其它标准测风设备的数据对比分析。结果表明,雷达在晴天和阴天的天气状况下均可以实现对大气风场的有效测量,风速均方根误差0.42m/s,风向均方根误差5.33°。该雷达精准度高、稳定性好,对风切变预警、中低空大气风场预报及飞行器飞行通道的风场测量具有重要作用。     

飞机尾涡相干激光探测系统设计与性能分析

为保证飞行安全,并尽可能地提高机场跑道容量,对飞机尾涡相干激光探测系统进行了设计。从飞机尾涡激光探测的总体要求出发,提出相干激光探测系统结构,同时针对激光光源参数以及平衡探测光路结构进行设计,给出整个系统的设计参数。通过对所设计系统的探测信噪比以及测速精度的仿真分析表明,所设计的飞机尾涡相干激光探测系统能够满足尾涡探测的需求,当脉冲能量达到25 mJ以上时,雷达在探测距离7 km内的探测信噪比大于3 dB;在2 km内测速精度优于0.2 m/s。     

基于相干探测的单像素激光成像雷达研究进展

基于相干探测的单像素激光成像雷达是一种结合光场的主动调制和光学相干探测、通过无空间分辨能力的单像元探测器便可以获取目标信息的计算成像技术,在高维信息获取和抗背景光干扰方面具有显著优势.本文简述了近年来发展起来的两种新型相干探测单像素激光成像雷达(合成孔径激光成像雷达和激光关联成像雷达)的基本原理和特点,介绍了近期取得的...