高稳定性高光谱分辨率激光测风系统关键技术

发布时间：2023-05-08 04:31

　　非相干测风激光雷达是目前唯一可探测晴空风场精细结构的遥感手段，对于数值天气预报、大气动力学研究、航空安全预警和国防应用都有重要的意义和显著的应用前景。面向气象应用要求的系统关键技术的攻克，也将为我国星载测风激光雷达的发展奠定一定基础。本论文针对气象应用对测风激光雷达工作模式、稳定性和实时测量的需求，进行了非相干多普勒激光雷达系统设计，并就系统研制中的关键问题进行了研究。 为了实现气象业务工作模式，论文进行了高重复频率的半导体泵浦Nd：YAG脉冲激光器的种子注入研究。首次实现了种子激光器和脉冲激光器的单模光纤注入耦合，完成了单纵模、可调谐、稳频脉冲激光发射系统的研制。采用基于碘分子吸收的数字PID锁频方法，对非平面环形腔的连续激光器进行了锁频，频率稳定性优于1MHz。 针对风速测量对观测时间的需求，论文采用经验模式分解方法对激光雷达大气回波信号进行实时预处理，为下一级风速反演实时提供高信噪比、高时空分辨率的初始数据。为提高径向风速反演精度，论文采用离散小波变换，提出了应用双正交小波和随探测距离变化的阈值设定方法，对径向风速数据进行了降噪处理。数据分析显示，综合两种方法该方...

【文章页数】：100 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
1 序言
    1.1 研究目的和意义
    1.2 多普勒激光测风原理与发展
    1.3 论文研究内容
2 高功率、窄线宽、稳频脉冲激光发射系统
    2.1 种子注入原理
        2.1.1 脉冲激光器的单纵模工作
        2.1.2 纵模加强
        2.1.3 种子注入
    2.2 半导体泵浦脉冲激光器的种子注入
    2.3 增益匹配
    2.4 单模保偏光纤的应用
    2.5 光学隔离设计
    2.6 快速Q开关建立时间最小化控制
    2.7 种子激光器的稳频
        2.7.1 激光稳频技术的需求及发展
        2.7.2 双频Nd:YAG激光器的温度特性
        2.7.3 温度调频激光器的数字PID校正
        2.7.4 改进的数字PID算法
        2.7.5 实验及锁频结果
3 多普勒测风激光雷达信号处理技术研究
    3.1 实时EMD大气回波信号预处理
        3.1.1 测风激光雷达的观测模式
        3.1.2 经验模式分解
        3.1.3 激光雷达大气回波信号的EMD实时处理
    3.2 小波分析提高风速反演精度
        3.2.1 小波分析
        3.2.2 小波基函数的选取
        3.2.3 小波分析与低通滤波方法的比较
        3.2.4 距离相关阈值
    3.3 综合信号处理
4 非相干激光测风系统设计
    4.1 前言
    4.2 系统设计
        4.2.1 风速测量原理
        4.2.2 系统结构
    4.3 脉冲激光发射系统
    4.4 单频激光脉冲鉴别系统
    4.5 发射扫描机构
    4.6 接收系统
        4.6.1 光学接收及鉴频
        4.6.2 光电转换和数据采集处理子系统
        4.6.3 接收系统模拟
5 结论
参考文献
作者博士期间发表的论文
致谢



本文编号：3811991