一种355nm主动激光测风雷达光学系统的研制

发布时间：2020-05-31 22:04

【摘要】：精确的大气风场数据测量对人类生活举足轻重,激光测风雷达是探测大气风场数据时空分辨率较高、准确性较高的一种技术。目前,国内从事大口径测风雷达望远镜光学系统研制的单位较少。本论文就355nm主动激光测风雷达研制项目实例的关键技术点开展了钻研。论文概述了主动激光测风雷达系统研制意义,激光雷达系统结构组成及多普勒效应测风速原理。通过两镜系统结构特点比较,结合主动激光测风雷达望远镜的项目设计要求:波长λ=355nm,视场2ω=±0.0025o,系统波像差均方根RMS≤λ/5(检测波长λ=632.8nm),设计了反射式两镜系统加准直聚焦透镜组的望远镜接收光学系统和发射扩束器系统,并对接收系统进行光路反向调试检测。针对单波长紫外不可见光355nm激光雷达系统的调试难点,从系统的设计分析对其进行光路反向调试。折反两镜系统使工作波长355nm和检测波长632.8nm条件下的镜间距一致为1100mm,使用4D干涉仪与1.6m标准平面反射镜组成自准直检测光路对其反向调试;透镜组利用355nm激光器和干涉仪前置镜头组成自准直检测光路来调试检测。调试后,测得两镜系统中心视场干涉图波像差数据为:PV=1.852λ,RMS=0.20266λ(λ=632.8 nm)满足设计指标要求;透镜组单独实测后截距l2"'=42.310 mm,整体接收系统调试所测后截距l2""=42.325 mm,分别与理论计算后截距l2'=42.35 mm,系统ZEMAX优化后截距l2"=39.546 mm作差,误差均在允许范围内,且整体系统调试后反射和发射光焦点重合。采用355nm激光器、4D干涉仪及其前置镜头对系统进行反向针对性的调试方法,降低了系统调试难度,加快了项目研制进程。
【图文】：

风雷,基本组成结构,多普勒

光雷达优点：3D 风场遥感、高时空分辨率、在晴空条件下仍可测风勒激光测风雷达较其他测风技术更大的不同是它以激光器发射激般的光源相比，激光光源具有高亮度、单色性好、相干性好、方、大功率的特点，是最为理想的光源，使其在众多测风方法中脱效的测风手段，除表（1.1）所示优缺点，多普勒激光测风雷达还势[10]：测速精度高、测速范围广、非接触测量、动态响应快、良、高时空分辨率。所述，多普勒激光测风雷达较其他测风技术具有比较好的发展前越来越受到世界各国研究人员的高度重视。勒激光雷达系统结构勒（Doppler）激光测风雷达主要由发射系统、接收系统及信号处中发射系统主要由激光器、激光调制器、光束控制器和光学发射系统主要由光学接收天线、鉴频器及光电探测器组成，而信号处信号处理器、伺服系统和通信系统等组成，见下图（1.1）所示。

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图 1.2 激光发射和接收的物理光学过Fig 1.2 Laser transmitting and receiving process o激光雷达接收信号的功率可表示为发射激光功率分数的卷积，且该功率与光学天线和大气传输的衰减因雷达方程的一般形式可写成下述式子：r2or t 20A= ( ) ( ) ( , , ) ( s t tP R T z P z R J x y z xR （）中rA 指的是光学天线的有效接收孔径，R 指的是激光接收光学系统的效率，t 指的是发射光学系统的效率，，而激光发射功率的归一化函数：( , ) 1tJ x y dxdy 测目标的后向散射函数为：( x , y , r ) d ( x , y , r )dr
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN958

【参考文献】