激光雷达PPT.ppt

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1、激光雷达测风技术大气风场数据获得的手段地球表面观测系统地面、海面、风散射仪等，只能提供表面大气层的数据高空单层大气观测系统机载和星载的云图变化的风场推算数据，该方式覆盖范围受限高空多层大气观测系统无线电探空仪和卫星探测器，无线电探空仪能够提供风场的垂直分布情况，但是它主要是在北半球的陆地，很难给出大覆盖范围的观测数据激光雷达测风技术特点优势：（与其它方式比较）空间分辨率高（角分辨率rad量级）时间分辨率高高测量精度（低对流层<1m/s，中高层<3m/s）覆盖范围大（全球范围），适合星载平台全球

2、的分子散射测量：尤其在海洋或南半球气溶胶散射测量：在低大气层和陆地上空劣势：适合晴天工作，大气穿透能力差（不适合雾、雨、雪天）近地面水平作用距离有限（由于大气衰减）激光多普勒测风雷达的分类直探式（相对强度检测）边缘技术单边缘、双边缘条纹技术环形条纹、直列条纹分子吸收技术I2分子吸收相干式（直接频率检测FFT）外差技术本振光与信号光自差技术多频率发射光本身超外差技术本振光与多频率信号光大气分子或气溶胶散射产生的多普勒频移根据动量守恒和能量守恒定理：大气分子或气溶胶散射产生的多普勒频移：原子吸收产生

3、的多普勒频移原子共振吸收频率为：根据动量守恒和能量守恒定理：多普勒频移为：原子吸收截面由于多普勒频移而展宽：对于原子自发辐射有：根据动量守恒和能量守恒定理：多普勒频移：自发辐射光子与紊乱光子之间的多普勒频移：在后向散射情况下，其多普勒频移：一种相干探测测风技术1500NM全光纤激光源测量超过10公里范围的风速对于相干风激光雷达,用1.5μm参杂的使用镱铒光纤是为了较好的大气传输。光纤激光器采用峰值功率在几百瓦的受激布里渊散射(SBS)标准光纤。激光脉冲发送通过大气和风速测量使用多普勒效应反向散射

4、激光频移。实验装置主振荡器是一个低噪声单纵模光纤激光器的。能量的一部分用于本地振荡器的外差探测。在另一部分,声光调制器是被用作振幅调制器和移频器。在光纤放大的脉冲放大直到15UJ。在过去的高功率放大级,带通滤波器用于抑制之前放大器放大自发辐射(ASE)。脉冲能量和峰值功率受限于SBS分别为200μJ和300W的高功率/镱铒大模式区域(LMA)光纤放大器。应用一个最佳的应变分布专门使用装置的激活光纤以提高SBS阈值。脉冲370μJ(ASE纠正)10kHz重复频率,820纳秒持续时间和取得了450W

5、峰值功率。M平方小于1.3。偏振消光比测量高于20分贝。这个激光源是集成在我们测风激光雷达。在光路1中光束是平行于非球面透镜。通过偏振分束器(PBS)和四分之一波片，光束穿过大气层传播通过望远镜发射和接收。一部分激光束被大气气溶胶反向散射。反向散射光耦合进入核心的偏振保持单模光纤光路2。与本地振荡器耦合光混合产生的光检测进行进一步的信号处理。数据分析左图：风速光谱图右图：为CNR函数范围符合传播的激光雷达方程图。光谱图表明,(CNR)和估计的平均风速是超过1024个脉冲,对应于0.1秒采集时间用

6、一个简单的质心频率估计方法。完成10公里以外风速测量的范围在0.1秒的平均时间。这是测量范围较好的最长达到1.5μm全光纤测风激光雷达。CNR下降到下限-30分贝左右。直到9公里,CNR测量是在好协议与传播的激光雷达方程。CNR减少也可能被解释成大气动荡或反向散射系数的减少后的边界限制。事实上,光束不是在大气中直线传播。此外,另一天测量,在13公里的最大射程达到估计风速平均超过4096个脉冲时,获取对应0.41秒的时间。结论使用大功率线性偏振全光纤1.5μm光纤激光应用在远程风速测量。我们已经使

7、用一种370μJ光纤激光器与SBS去解决过去高功率放大器。此装置应用在10公里范围的激光雷达风速测量。这是我们所测量最好最长的范围达到了1.5μm全光纤风激光雷达在0.1秒的平均时间。今后的工作将集中在减少ASE的高功率放大器和减少M²。