多普勒测风激光雷达研究进展.pdf

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1、第2卷第3期大气与环境光学学报Vo1.2No.32007年5月JOURNALOFATMOSPHERICANDENVIRONMENTALOPTICSMay2007综述}多普勒测风激光雷达研究进展周小林，，孙东松‘，钟志庆‘，王邦新‘，夏海云2董晶晶‘，沈法华‘，刘东‘(1中国科学院安徽光学精密机械研究所，安徽合肥230031;2北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京100083)摘要:简述了多普勒测风激光雷达测风的意义，报道了多普勒测风激光雷达的发展动态。综合该领域的发展情况，按探测方式的不同，分相千技术和直接探测技术分别讨

2、论了测风激光雷达的应用及其特点，比较了各种系统的性能。关键词:测风激光雷达;相干技术;直接探测技术;边缘技术;条纹技术中图分类号:TN958.98文献标识码:A文献编号:1673-6141(2007)03-0161-08DevelopmentofDopplerwindLidarZHOUXiao-fin',SUNDong-song',ZHONGZhi-ging',WANGBang-xin',XIAHai-yun2,DONGJingjing',SHENFa-hua',LIUDong'(1AnhuiInstituteofOpticsa

3、ndFineMechanics,ChineseAcademyofSciences,Hefei230031,China;2SchoolofInstrumentScienceandPhoto-electronicsEngineering,BeihangUniversity,Beijing100083,China)Abstract:TheimportanceanddevelopmentofDopplerwindlidararereviewed.Basedonthedifferenceofdetectingmethods,Doppler

4、windlidarsaremainlyclassifiedascoherentwindlidarandincoherent(directdetection)windlidar.Thecharacteristics,detectingcapabilitiesofthesewindlidarsarecompared.Keywords:windlidar;coherenttechnique;incoherenttechnique;edgetechnique;fringetechnique1一2J1二二LJ最具意义和挑战性的气象观测之一

5、Ill。多普勒测风激光雷达以其高分辨率、高精度、大探测范围、风速是气候学研究的重要参数之一，大气中风能提供晴空条件下三维风场信息的能力，引起了世速的测量对研究全球气候变化，提高数值夭气预报界多个国家的关注和重视。美国、欧洲、日本都投的精度，监测机场气流，优化飞机、轮船航行路线十入了大量的研究。多普勒测风激光雷达利用光的多分重要，局部地区风场特征在火箭发射、航天飞机普勒效应，测量激光光束在大气中传输其回波信号的起飞和着陆以及军事等方面都具有重要的意义。的多普勒频移来反演空间风速分布。多普勒测风激世界气象组织(WMO)声称全球风场的

6、主动观测是光雷达的探测方式分两种:相干(外差)探测和非相收稿e期:2006-09-19基金项目:中国科学院知识创新工程基金资助项目(CX0201)E-mail:1nnka.i134C0112Rcnm162大气与环境光学学报2卷干(直接)探测方式。相干探测技术测量的是回波信1981年，Schwiesow使用机载激光雷达跟踪海上龙号和发射的激光信号之间的差频信号，而直接探测卷风，测得了径向风速廓线分布，发现双漩涡结构技术测量的是接收信号和发射的激光能量信号的相比较常见[81。Vaughn和Jones利用机载系统测量对能量变化。本文介

7、绍了基于这两种技术的多普勒大气不同高度处气溶胶后向散射系数，积累了重要测风激光雷达的发展动态、特点及其应用。的实验数据[9-10]。连续C02相干激光雷达系统较难获得空间距2相干多普勒测风激光雷达离上的信息，一般只探测几百米以内的范围。采用1962年Rabinowitz等人最早利用连续光调频(FM)连续CO:激光系统能增加探测距离，主(CW)激光进行光混频(相干外差探测)测量[2]。要用于移动硬目标的测量，在探测范围内的速度分光混频技术的基本原理是:激光在大气中传输的回辨率仍然较低[11]。波信号与系统本征光信号通过光混频器产生

8、差频频2.1.2脉冲C02相干激光雷达率信号，当本征光信号的频率等于发射激光的频率脉冲C02激光器的出现，促进了相干激光雷时，差频频率信号大小即等于回波信号的多普勒频达的发展，尤其是横向激励大气压(TEA)技术的移，通过测量差频信号可以计算风速大小。相干多普使用