脉冲光纤相干测风激光雷达初步设计

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1、脉冲光纤相干测风激光雷达初步设计学位论文答辩日期：指导教师签字：答辩委员会成员签字20I．2。岁．24．形飞嘲穆谨以此论文献给我的家人⋯⋯⋯～闫宝东独创声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得l逵；塑亟查墓丝置塞缱型童噬鲤：查拦亘窒2或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文

2、作者签名：门乞芽。签字日期：z-7年岁月坪日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，并同意以下事项：1、学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。2、学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权清华大学“中国学术期TO(光盘版)电子杂志社”用于出版和编入CNKI《中国知识资源总库》，授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库

3、》。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：j1未泵导师繇霉托签字日期：刎3年占月：珍目知识产权保护协议依据《中华人民共和国促进科技成果转化法》第二十八条和《中国海洋大学知识产权管理暂行规定(2004．7．20)》的有关规定，研究辎(以下简称研究生)与其导师徽以下简称导师)就知识产权保护事宜达成如下协议：1．研究生在校期间从事科研工作所完成的学位论文以及不论是否写入学位论文的其他成果属职务成果。研究生不得对上述职务成果以自己或他人名义擅自向第三方转让或泄漏。2．研究生离校后三年内，不

4、得擅自将在校期间从事科研工作的相关数据、研究结果和相关技术发表论文，不得擅自向第三方转让或泄漏。3．研究生离校后三年内，若进行重复及延续在校研究课题的科技项目，必须经导师及中国海洋大学同意并协商知识产权分享事宜后，方可开展工作。4．若研究生违反上述规定，导师及中国海洋大学有权追究其法律责任，即：要求其停止侵权行为、公开消除影响并予以经济赔偿。5．本协议双方签字之日起生效，有效期三年。研究生(签字)2。I>年厂月乞F日：闺锚翩c㈣：瓢课题负责人(签字)：衣f钐烽脉冲光纤相干测风激光雷达初步设计摘要光纤

5、相干多普勒测风激光雷达是在相干光纤通信的基础上发展起来的，采用光纤连接测风激光雷达系统中的各部分功能元件，在系统稳定性、便携性以及使用寿命方面都有很大提高，便于多普勒激光雷达测风系统的业务化。利用光外差法检测气溶胶激光多普勒频移反演大气风场，测速精度容易达到并小于lm／s的分辨率。本文分析了大气湍流、气溶胶分布对相干探测的影响。首先分析了大气湍流的产生原因和特点，在此基础上解释了湍流对激光传输的影响，根据湍流和相干探测之间的关系讨论了如何从系统设计方面降低大气湍流对相干探测的影响，优化系统的探测性能

6、。本振光和散射信号光的相干条件是相干探测的核心，本文讨论了相干效率与本振光与信号光的偏振方向夹角以及传播方向夹角之间的关系，为实验系统的设计提供理论指导。另外，载波噪声比是体现相干系统探测能力的一个重要参数，本文讨论了本振光散粒噪声、探测器噪声、本振光相对噪声强度以及声光调制器泄露脉冲对探测的影响，并分析了载波噪声比与探测速度精度的关系。相干探测一个难点在于光纤与空间光之间的光路耦合，合理的光学天线设计对于相干探测至关重要。本文根据激光雷达方程和湍流理论，分析了光学天线口径与信号接收之间的关系。最后

7、本文讨论了径向风速反演方法，利用Matlab软件根据快速傅里叶变换(FFT．FastFourierTransformation)转换时域信号为频域信号，检测多普勒频移，计算对应的视线速度，反演激光雷达探测范围内的风场。在没有脉冲光纤激光器的条件下，首先通过模拟脉冲相干探测信号，对数据处理方法进行了验证，得出模拟视线风速廓线；然后采用连续光纤激光测量了水蒸气的流速，证明了测量系统在光学设计和数据采集处理方面的可行性。关键词：激光多普勒频移；光外差检测；激光雷达：光纤；大气风场PreliminaryDe

8、signofFiberPulsedCoherentWindLidarAbstractAll-fiberCoherentDopplerWindfibercommunication。FiberiSusedtoLidar(CDL)isdevelopedbasedoncoherentconnectcomponentsoftheLidarsystem．SoA11．fiberCDLhasadvantageinsystemstability，portabilityandlongse