【摘 要】
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激光雷达技术是大气风场探测的前沿手段,相较于传统的激光测风雷达,本文采用线性调频连续波技术代替具有固频、识别风向功能的声光移频器件,简化了雷达系统结构,降低了制作成
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激光雷达技术是大气风场探测的前沿手段,相较于传统的激光测风雷达,本文采用线性调频连续波技术代替具有固频、识别风向功能的声光移频器件,简化了雷达系统结构,降低了制作成本。根据回波信号特点采用大点数FFT和多段同频等长信号融合算法对混频后的信号进行频率估计,经过仿真验证两种算法均具有很高的频率估计精度,并采用了大点数FFT完成速度测量实验。本文研究内容如下:首先,介绍了激光测风雷达的理论基础,分析了线性调频连续波(LFMCW)激光测风雷达的工作原理。介绍了LFMCW激光测风雷达的总体架构,采用同步调频技术代替声光移频器,采用光纤环形器将发射光路与接收光路分离,提高了信噪比,简化了系统结构。并对各组成模块和及其主要器件进行了详细介绍。其次,讨论了激光雷达回波信号特征,并根据数学模型模拟了回波信号。分析了频率估计算法,根据雷达回波信号的特点选择大点数快速傅立叶变换(FFT)和多段信号融合算法实现频率估计,采用两种算法对回波信号进行仿真处理,仿真结果表明,大点数FFT和多段信号融合算法有效提高了频率估计精度。最后,将大点数FFT算法移植到FPGA开发板。通过对模拟雷达回波信号进行处理,验证了大点数FFT算法具有较高的频率估计精度和抗噪声性能,并通过测风实验验证了算法实际应用的可行性。
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