临近空间激光测风雷达原理样机和实验进展

发布时间：2021-02-08 15:31

　　临近空间风场数据对飞行器的姿态控制和飞行安全具有重要意义。针对中国科学院上海光学精密机械研究所自行研制的可搭载于临近空间飞行器的直接探测多普勒激光测风雷达（DWL）原理样机,介绍了其工作原理、系统结构,并给出了相关的技术参数。对该DWL原理样机进行了地面自测试实验,并将反演结果与相干探测激光测风雷达（CDL）和探空气球的测量结果进行了对比。结果显示:该DWL原理样机反演的近地面的风速风向结果与CDL和探空气球的测量结果具有良好的一致性。在0.3～1.1 km的高度范围内,以CDL的测量结果为基准,该DWL原理样机反演的风速均方根误差（RMSE）为1.38 m/s,风向均方根误差为9°;在0～3 km的高度范围内,以探空气球的测量结果为基准,该DWL原理样机反演的风速均方根误差不大于2.1 m/s,风向均方根误差不大于10°。 

【文章来源】：中国激光. 2020,47(08)北大核心

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

基于F-P标准具的Cabannes-Brillouin散射多普勒测量原理。

DWL系统结构示意图

式中:SN为归一化信号差值测量信噪比(SNR)。图5给出了2018年12月18日18:20的 DWL原理样机风场数据所对应的回波信号信噪比和水平风速误差曲线。从图5中可以看出,随着探测高度的增加,信噪比逐渐降低,风速测量误差逐渐增大。由信噪比不足导致的振荡为高频振荡,可以通过数据平滑处理减小该振荡,图4(c)、(d)中最大高度9.6 km处未参与数据平滑处理的振荡即是高频振荡。DWL原理样机在垂直方向上可分辨的高度间隔为30 m,探空气球在垂直方向上可分辨的高度间隔从100 m到2 km不等,DWL原理样机的垂直分辨率更高。7～8 km处的低频振荡则是该高分辨率DWL原理样机反演得到的风速垂直分布结构。在风速测量时,可以通过提高出射激光功率和增加脉冲累积时间来提高信噪比,进而减小风速误差,提高风速测量精度。图5 2018年12月18日18:20的 DWL原理样机风场数据所对应的回波信号信噪比和水平风速误差曲线。

【参考文献】：
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本文编号：3024140