多普勒测风激光雷达鉴频系统的设计与实验研究

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低空风切变是飞机起飞和降落阶段的重要危险因素,监测低空风切变,并进行主动避让是至关重要的。多普勒测风激光雷达从工作原理上可分为相干和非相干(直接探测)两种。论文中主要讨论了采用双通道Fabry-Perot (F-P)干涉仪直接探测的多普勒测风激光雷达的鉴频系统,探测Mie散射回波信号。鉴频系统是多普勒测风雷达的关键技术之一,能从探测光强度的变化分析出频移量,其鉴频能力直接影响激光雷达测风的精度。论文主要对测风雷达的鉴频系统进行了设计和实验研究。通过对1km和2km垂直距离的回波信号的气溶胶-分子比的计算模拟,计算了各个波长的测风误差,选取了波长1.064μm的激光作为出射光。利用双边缘理论对鉴频系统的性能参数进行了计算模拟,确定了合适的半高全宽和谱线中心间距。我们还研究了风速动态范围对测风灵敏度的影响,以及回波信号的入射角和发散角对测风误差的影响。在此基础上,确定了标准具参数,建立了鉴频系统。论文制定了利用该鉴频系统测量硬目标转速的实验方案。首先测量了透过F-P标准具的光强随入射角度的变化曲线,选定了初始工作点。在工作点上,分别测量了硬目标静止时,以及顺时针和逆时针旋转时的回波信号。通过对数据的处理,得到了目标的转速,将其与用转速计测得的速度进行比较,得到该系统测速的准确度,验证了鉴频系统的可行性。
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