非相干激光雷达误差分析

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1、硕士学位论文非相干激光雷达误差分析研究生姓名：章典导师姓名：蒋立辉教授2016年4月24日分类号：TN958.98密级：公开UDC：621.39学号：1304019中国民航大学硕士学位论文非相干激光雷达误差分析研究生姓名：章典导师姓名：蒋立辉教授申请学位类别：工学硕士学科专业名称：信息与通信工程所在院系：电子信息与自动化学院论文答辩日期：2016年4月24日2016年4月24日AnalysisonmeasureerrorofdirectdetectionwindlidarADissertationSubmittedtoCivilAviationUniversityofChinaForPr

2、ofessionalDegreeofMasterofEngineeringBYZHANGDianSupervisedbyProf.JIANGLi-huiCollegeofElectronic&InformationandAutomationCivilAviationUniversityofChinaApril2016I摘要本论文研究的对象为基于Fabry-Perot非相干多普勒测风激光雷达。文章旨在分析造成基于Fabry-Perot的非相干多普勒测风激光雷达产生测量误差的主要因素，并且提出相应的解决或者抑制措施。分析过程的主要线索为激光的产生和发射、鉴频、最后到风速反演算法，提出了具有针

3、对性的优化方案，减小了激光雷达的测量误差。本文主要展开了以下工作：首先介绍激光雷达的发展以及激光雷达对低空风场探测的重要意义，以及国内外目前对于非相干激光雷达的研究现状，着重介绍了非相干激光雷达发展中主要的优化方案。通过对不同方案的分析，提出了从激光雷达信号处理角度的分析思路。然后阐述了基于气溶胶后向散射的非相干激光雷达基本原理，包括其主要系统结构，双边缘算法原理。之后按照系统结构的顺序，依次说明了激光器和鉴频器可能会给风场测量带来的误差并且提出了相应的措施：通过激光振荡频率公式定量分析了温度、振动对激光器频率的影响，得到激光器激光漂移的产生机理并说明了三通道标准具激光频率连续跟踪锁定流

4、程。针对泵浦Nd:YAG脉冲激光器产生的激光频率漂移对标准具透过率曲线绘制的影响，提出了基于谱估计的Fabry-Perot标准具的透过率曲线的绘制估计方法，利用MUSIC算法和非线性最小二乘法对其标准具的核心参数进行了更为准确的估计。MATLAB仿真和实际实验证明了该方法对于透过率曲线的估计误差小于0.1%。最后分析了激光雷达风场风速反演算法误差，通过MATLAB仿真和实际实验数据分析并且对比了Korb，Channel，科大和本文提出的4种多普勒频率响应函数在不同分数比、探测距离、风速条件下优劣，并且证明了最优多普勒频率响应函数的部分特征。关键词：激光雷达；Fabry-Perot标准具；

5、风速反演；谱估计；风切变；IIAbstractThisresearchefforthasfocusedonanalyzingthemeasurementerrorofdirectdetectionwindlidarbasedonFabry-Perotinterferometerandproposecorrespondingmethodstodecreasetheerror.Byanalyzingthelaser’sgeneration,launch,frequencydiscriminationandinverting,methodsareraisedandprovedbyexperim

6、ents.Thisthesismainlyfocusesonthefollowingworks:Firstofall,backgroundsofthisissueandresearchstatusisreviewed，inwhichtheoptimizationschemesarestressed.Byanalyzingtheschemes，aresearchviewthroughsignalprocessingisproposed.Thenthefundamentaltheoryofwindlidarisdeducedandanalyzed，includingthelidarsyste

7、mstructureanddoubleedgealgorithm.AnalysisisappliedtothelaserandFPIbytheconsequenceoflidarstructuretofindoutthemeasureerrorthatmightresultinandriseandprovethesolutionsbysimulationandexperiment:Withthelaseroscillationfre