星载激光多普勒测风雷达鉴频系统仿真（Ⅱ）：基于Fabry-Perot标准具的Rayleigh通道大气风速反演研究.pdf

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vol。63，No。14(2014)140703星载激光多普勒测风雷达鉴频系统仿真(II)：基于Fabry．Perot标准具的Rayleigh通道大气风速反演研究术张日伟)孙学金)十严卫)赵剑)刘磊)李岩)2)张传亮)周俊浩)1)(解放军理工大学气象海洋学院，南京211101)2)(西北核技术研究所，西安710024)(2013年12月25目收到；2014年4月2日收到修改稿)基于星载激光多普勒测风雷达工作原理，构建了基于连续双通道Fabry—Perot(F．P)标准具的鉴频仿真系统，仿真研究了Rayleigh通道大气风速反演算法，系统分析了

2、Rayleigh—Brillouin效应和Mie干扰信号对Rayleigh通道反演大气视线(LOS)风速的影响，并利用无线电探空数据集仿真结果统计分析了Rayleigh通道大气水平视线(HLOS)风速反演误差．结果表明，基于连续双通道FP标准具的Rayleigh通道可反演中高层大气风速；Rayleigh．Brillouin效应和Mie干扰信号影响Rayleigh通道LOS风速反演精度；Rayleigh通道风速反演对温度精度要求最高，在晴空条件下可忽略Mie干扰信号的影响；不考虑Brillouin效应时，高度2km以下Rayleigh通道无法反演HLOS风速，高度2km以上Ra

3、yleigh通道反演的HLOS风速误差小于0．41TI．S_。风速标准差在1—4m．S之间；同Mie通道一样，气溶胶和云的分布影响Rayleigh通道HLOS风速反演误差．研究结果对发展星载激光雷达测风技术具有重要参考意义．关键词：激光多普勒测风雷达，Fabry-Perot标准具，大气风速，Brillouin效应PACS：07．07．Df，42．62．一b，42．68．Wt，92．60．GnDOI：10．7498／aps．63．140703边缘技术Is-9】是非相干探测激光多普勒测风1引言雷达主要多普勒频移测量技术之一，有单边缘技术和双边缘技术之分．双边缘技术[4-s]是单边

4、缘对全球大气风剖面的主动观测是最重要和最技术基础上的改进它利用两个鉴频器进行风速富挑战的气象观测之一【1]．星载激光多普勒测风测量，多普勒频移导致两个鉴频器输出信号强度雷达可提供可靠、精确、大范围的大气风场信息，是不一致，可通过测量输出信号的相对变化来检测目前测量全球风场最先进的技术之一．在现有地多普勒频移，进而反演得到大气视线风速．由于基／机载激光多普勒测风雷达技术及欧空局AeolusFabry—Perot(F—P)标准具有陡峭的光谱响应和可研究成果的基础上，文献f21建立了非相干探测方调节特性，成为星载激光多普勒测风雷达鉴频器的式的星载激光多普勒测风雷达系统，并对低对流层

5、首选．大气风速反演进行了仿真研究．本文将对基于双边本文利用基于连续双通道F．P标准具的双边缘技术的中高层大气风速反演进行理论分析和仿缘技术，以大气分子为探测对象实现中高层大气风真研究．速测量．主要分析研究Rayleigh通道信号获取及其$国家自然科学基金(批准号：41205125)资助的课题十通讯作者，E-mail：SUNxJ2013@8ina．cnO2014中国物理学会ChinesePhysicalSocietyttp：／／wulixb．iphy．0c．cn140703．1f物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．14(2014)140703风速反演算法、Ra

6、yleigh-Brillouin效应及气溶胶后心间隔△入p。。取决于对鉴频系统的设计需求，文向散射信号对Rayleigh通道测风的影响，最后利用献[19]和[20]分别对基于Rayleigh散射的532nm高垂直分辨率无线电探空数据集仿真结果统计分和355nm激光多普勒测风雷达的标准具参数进行析Rayleigh通道风速反演误差．了深入研究．2理论分析与仿真研究本节将根据文献[2】设计的星载激光多普勒测风雷达鉴频系统，对基于连续双通道F—P标准具的Rayleigh通道风速反演进行理论分析和仿真研究．Sio22．1连续双通道F．P标准具边缘测风技术中，F—P标准具是测量多普勒频9

7、10移的关键部件[4-13]．理想F—P标准具的透过率可图1连续双通道F—P标准具原理示意图用Airy函数[11,14]描述其表达式为=(一)Yr1、1+(4F2／兀)sin2f(27~nd／A)COS’式中，为激光通过F—P标准具后的光损耗，R为两个平板内表面的反射率，F为有效精细度，n为两平板间介质的折射率，d为标准具腔长，为入射激光波长，为入射光与标准具反射表面法线的夹角．在双边缘测风技术中，双F—P标准具应用最多[4-8，15,16】．欧空局对ALADIN的机载试验中采图2连续双通道F—P标准具