多普勒激光雷达中种子激光注入的一种鉴别方法

多普勒测风激光雷达以其高分辨率、高精度、大探测范围、能提供三维风场信息的能力,吸引了多国学者的关注,并投入了大量的人力、物力进行研究。所研究的多普勒测风激光雷达采用种子注入的方式获得单纵模、窄线宽、高功率的激光输出。激光器中心频率的缓慢漂移、环境噪音、激光棒温度变化或者振动干扰都有可能导致激光器种子光的注入不成功,出射激光光谱由注入成功时的单纵模输出变为多纵模输出。激光单纵模输出时线宽约为200 MHz,而多纵模时激光线宽很宽。而种子注入不成功时所出射的多纵模激光脉冲将导致瑞利后向散射谱变宽,会增加风速测量误差。该脉冲筛选电路在数据采集环节实现对多纵模激光脉冲的筛选,有效降低了风速测量误差,提高测风准确度。     

激光成像跟踪系统中的图像噪声抑制技术

激光成像跟踪系统是实现空间远距离暗目标跟踪的一种极具潜力的手段,而目标在激光照射下的图像将受到激光散斑的调制作用,影响目标的识别及目标的定向精度。对激光照射下目标图像的统计特性进行了理论分析,然后提出了一种对原始图像依次实施灰度线性变换、中值滤波和Lee滤波的组合数值滤波器对图像噪声进行抑制。处理的结果表明,采用上述组合方法,图像的噪声指数可从0.67降至0.22,同时边缘保持度可达0.96,为后续的图像处理提供了必要的基础。     

激光测风雷达二维扫描控制系统的实现

二维扫描系统使得激光出射方向和光学接收光轴同时精确指向设定方向,进而测量多方位的风速数据。介绍了激光测风雷达二维扫描控制系统组成,重点讨论了系统运用步进电机进行驱动的电路特点以及采取的可靠性技术措施,包括硬件措施和软件措施,分析了该系统的先进性、可靠性以及智能化特点。该控制系统已经成功地安装在中国科学院安徽光机所的激光测风雷达上,经过了一年半的实际运行,其控制精度、运行速度完全满足激光测风雷达的测量要求。     

Levenberg-Marquardt算法在测风激光雷达中的应用

分析了直接探测测风激光雷达中的Fabry-Perot标准具透过率的非线性理论模型。根据实验测量数据,利用Levenberg-Marquardt算法对理论模型进行参数优化估值,获得测量数据的最佳拟合曲线。数值计算表明,pseudo-Voigt函数能快速且很好地近似计算Voigt线形。对于Fabry-Perot标准具的宽带光透过率频谱响应曲线,可以采用Voigt函数拟合,也可以采用pseudo-Voigt函数拟合;当透过率频谱响应曲线用于风速反演时,若采用pseudo-Voigt函数拟合会造成低于1 m/s的测速偏差,因此必须采用Voigt函数拟合。     

瑞利测风激光雷达接收机校准

介绍了直接探测瑞利测风激光雷达工作及风速反演的原理,说明了激光雷达接收机的内部结构及工作情况。为修正雷达接收机中分光片分束比、单光子计数器探测率等参数与设计值的偏差所导致的风速测量误差,提出了随光强变化比较两信号通道的计数值的接收机校准方案。实验测得了校准系数随信号通道信号强度的变化关系。在弱光下该系统两信号通道性能差异小于25%。在当前系统的标准具透过率条件和对称的风场扫描合成方式下,接收机校准只对系统透过率曲线和径向风速的测量有较大影响,对合成风场没有影响。     

基于单固体F-P标准具的双频率多普勒激光雷达研究

提出了基于单固体Fabry-Perot（F-P）标准具的双频率多普勒激光雷达技术。介绍了系统结构,并分析了系统的风场探测原理。根据探测指标要求,对系统各单元参数,特别是F-P标准具参数进行了详细的优化设计。利用得到的优化参数对雷达系统的探测性能进行了仿真。仿真结果表明:采用100 mm口径的望远镜和脉冲能量50 J、重复频率6 kHz的半导体激光器,在发射激光仰角60、距离分辨率60 m和脉冲累计时间1 min的情况下,晴天时,系统在3 km高度处的径向风速误差小于0.75 m/s;有薄雾时,系统在1.5 km高度处的径向风速误差小于0.58 m/s。在发射激光仰角8、距离分辨率60 m和脉冲累积时间10 s的情况下,不同的能见度天气时,系统在4 km处的径向风速误差都小于1 m/s。     

激光雷达斜程探测的对流层气溶胶空间分布

介绍了一台以直接探测方式工作的用于大气气溶胶测量的小型Mie散射激光雷达系统.利用该系统对苏州城区上空的大气气溶胶进行了连续的斜程探测,并通过相应的数据处理方法,得到了气溶胶消光系数分布随时间的演变图.探测结果表明:在对流活动比较复杂的12 km以下高度范围内,气溶胶的消光系数分布极不稳定,不同日期乃至不同时刻都发生很大的变化.同是晴朗天气,气溶胶消光系数分布相差1个数量级左右.这些结果不仅全面直观地反映了大气空间气溶胶消光系数的垂直分布情况,而且清楚地显示了这一分布随时间的整体变化趋势,对于实时的大气环境监测具有重要意义.     

基于Fabry-Perot标准具分子测风激光雷达接收机的研制

为了研究平流层大气风场,介绍了分子散射多普勒测风激光雷达的基本原理。基于测量误差最小和消除气溶胶的影响设计了标准具的参量。设计了分子测风激光雷达接收机,该接收机结构紧凑,可以灵活便捷地放置在机架上。并将本接收机用于分子测风激光雷达系统中进行了标准具透过率的测量和风廓线的初步测量。结果表明,标准具透过率曲线测量的结果和设计的大体一致,速率灵敏度较设计的略微下降,风廓线趋势和美国Goddard系统所测量的大体一致,这说明本系统光学接收机能够完成分子的多普勒风速测量。     

线性调频相干激光雷达的信号处理

分析了相干激光雷达线性调频脉冲的产生及其信号处理过程，讨论了该雷达信号体制的处理方法和结果。计算了采用匹配滤波和加权处理结果，对于1MHz／μs的调制速率信号的结果表明，激光相干雷达的测速和测距精度分别可达0.04m／s和0．57m.     

线性调频CO2相干激光的一种脉冲压缩方法

为了解决线性调频ＣＯ２相干激光雷达的信号处理技术，将普通雷达的信号处理方法引入了相干激光雷达的信号处理中、提出了采用余弦加权匹配滤波的处理方法。对目前工艺水平的调频激光发射信号进行了模拟计算，表明该处理方法的理论测速和测距分辨率分别为０．０４ｍ／ｓ和０．５７ｍ。