基于米散射的光学大气数据系统研究.pdf

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1、·32·《测控技术}2015年第34卷第1期基于米散射的光学大气数据系统研究梁应剑，梅运桥，程丽媛，王晓维，任君(中航工业成都凯天电子股份有限公司，四川成都610091)摘要：光学大气数据系统较传统大气数据系统在飞行器上应用具有许多显著优势。介绍了基于米散射的激光测速系统基本工作原理，重点讨论了系统中信号混频和微弱信号提取等关键技术。产品样机在实验室的测试结果表明测速精度可达0．75％。关键词：大气数据系统；激光测速；混频效率；微弱信号中图分类号：TP79文献标识码：A文章编号：1000—8829(2015)01—0032—03R

2、esearchonOpticalAirDataSystemBasedonMieScatteringLIANGYing-jian，MEIYun—qiao，CHENGLi—yuan，WANGXiao—wei，RENJun(AVICChengduCAICElectronicsCo．，Ltd．，Chengdu610091，China)Abstract：Opticalairdatasystem(OADS)hasmanyprominentadvantagescomparingwithtraditionalairdatasystem(ADS)i

3、ntheapplicationofaircraft．Thefundamentalprincipceoflaserspeeddetectionsystemwhichisf0undonMiescatteringisintroduced．ThekeytechnologiesofthesystemsuchassignalmixingandweaksignalextractionandSOon，arediscussedemphatically．Atlast，theresultoftestprototypeinthelabshowsthatt

4、heaccuracycanreach0．75％．Keywords：airdatasystem；laserspeeddetection；mixingeficiency；weaksignal传统大气数据系统以皮托管测量大气的静压和总粒子对其吸收和散射。在大气中常见的散射有米散压为基本原理，结合温度、攻角等传感器感受飞行器飞射、瑞利散射和拉曼散射。其中米散射主要由大气中行时的大气总温、大气静压、局部攻角等信息，经过源的气溶胶(云雾、尘埃)或大颗粒的悬浮物等半径大于误差修正后按标准大气数据方程解算出气压高度、指A／2,tr的粒子引起的J，

5、它是一种弹性散射，散射信号示空速、马赫数、大气密度比、大气总温、真实攻角等大光往往较瑞利散射和拉曼散射强，并且散射光波长不气参数，向飞行器的航空电子系统、飞控系统以及发动变，因此采集米散射信号是大气多普勒频移探测的一机控制系统等输出大气参数¨J。传统大气数据系统个有效手段。存在低速时测量精度低、安装位置要求高、校正维护成激光相干测速利用多普勒效应，将频率已经发生本高、大机动测量性能差等缺陷，这些不足点已逐步不变化的信号光进行采集并与本振光在耦合器处进行混能满足现在或下一代飞行器的应用要求J。频，得到两者的差频信息多普勒频移与运动物

6、体光学大气数据系统以激光气溶胶散射和多普勒频速度间的关系为移为基本原理，结合温度、压力传感器可解算出飞行器Af=(1)相对空速、大气总温和大气静压，进而解算出其他大气参数值，其具有测量精度高、系统结构简单、安装方便、式中，为多普勒频移量；V为运动物体的速度；0为校正维护成本低、能进行大机动测量等优点。物体运动速度与激光视线方向的夹角；A为发射激光的波长。假设本振光与回波信号光的电场分别为1工作原理ef(t)=Efcos[2"trfotf](2)大气对激光的作用主要表现在大气分子和气溶胶e(t)：Ecos[2,a-(fo+af)t+

7、](3)式中为激光器本振频率；、。分别为本振光与信收稿日期：2013—12—12基金项目：中航工业技术创新基金资助项目(2012D16132)号光的相位。根据光电探测器的平方率响应特性，以作者简介：梁应剑(1963一)，男，四川西充人，本科，研究员级高及光电探测器响应带宽的限制，光电流的高频分量将级工程师，主要研究方向为飞行器大气数据系统。得不到响应，实际输出的光电流为基于米散射的光学大气数据系统研究·33·(￡)=，

8、++2~／／7cos(2竹△厅+一)(4)式中，、分别为信号光与本振光产生的直流电流。滤除与，2，光电流仅剩下包

9、含多普勒频移的中频信号，经数据处理，利用式(1)可推导出物体的径向速度。2关键技术分析目前采用铂电阻测温度以及硅谐振测压力都能很好地满足机载大气数据系统性能要求，而激光大气测速系统在国内起步较晚，且大多研制的都为地面气象测风的设备，因此存在较多关键