人眼安全波段相干多普勒测风激光雷达探测性能研究

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相干激光测风雷达是大气风场测量的一种重要手段,在天气预报、风能开发、航空航天等领域都有着良好的应用前景。而1.6μm波段激光以其人眼安全性成为测风雷达的发展趋势。本论文主要开展人眼安全波段相干多普勒测风激光雷达探测性能分析,在充分考虑了大气环境的情况下,分析了激光器参数、望远镜参数对雷达探测性能的影响,为雷达系统的设计以及参数的选择提供了理论依据。论文首先对测风雷达的工作原理和系统组成做了介绍,利用激光雷达方程和相干探测原理对影响雷达系统探测性能的重要参数——载噪比进行公式推导。随后建立了大气模型、雷达光学系统模型和测速精度估测模型,在考虑了大气传输、大气后向散射、大气湍流等条件后,通过分析载噪比、系统效率、测速误差之间的制约关系,估算出测风雷达的测距范围、测距精度、测速范围、测速精度。随后,对本论文建立的雷达性能估测系统进行验证,证明了模型的可靠性。利用该模型比较了高脉冲能量低重复频率与低脉冲能量高重复频率的激光器对测风雷达探测性能的影响,并得到了高脉冲能量低重复频率激光器会使雷达探测性能更优的结论。之后,比较了不同波长激光雷达探测性能的差异,分析出1.6μm波段成为测风雷达发展趋势的原因。最后,为了使该模型被更好的使用,利用MATLAB中的GUI开发了雷达探测性能估算的可视化界面,通过输入雷达参数自动显示出对应参数下估算的探测性能指标。
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