激光测风雷达脉冲相干累加技术的实验研究

发布时间：2020-11-19 00:02

　　 随着激光雷达技术和数字化信号处理技术的迅速发展,对于使用激光雷达测风的需求也在不断的提高。和微波波段的多普勒测风雷达相比,激光测风雷达具有在晴空条件下测风的能力,它能够以较高的精度实现径向风速的测量和风场的反演。激光测风雷达最核心的问题就是如何探测大气气溶胶散射回来的信号,由于大气气溶胶的散射截面非常小,回波非常微弱。本文提出了实现激光雷达回波接收的相干积累的方法,并完成了对微弱信号的检测。首先,综述了国内外相干激光测风雷达的发展,总结了相干探测的优点,论述了相干激光测风雷达回波信号处理理论,重点分析了信号相干积累方法以及频谱变换理论。然后,通过分析,相干激光测风雷达是非全相参系统,雷达主振信号在声光频移过程中会给每个波形带来随机初始相位,非全相参将导致对回波信号的相干累积的结果出现误差。通过理论分析,提出非全相参系统实现探测信号相干累积的方案,利用激光雷达系统内部的强反射光,使用正交混频原理来对雷达的信号鉴相,求出每个波形的随机初始相位,消除随机相位,达到相位对齐波形一致,进而实现信号的相干累加。利用Matlab的Simulink工具箱搭建相干雷达系统的仿真平台,验证了正交混频鉴相的可行性。同时通过比较经过相位对齐的信号累加处理和未经过相位对齐的信号累加处理后的信号信噪比情况,结果表明脉冲相干累加可以有效地提高微弱目标信号的信噪比。最后,进行信号相干累加的实验研究。在原来的相干激光测风雷达系统的基础上进行改进,使用两个平衡探测器分两路接收,一路接收偏振分光棱镜侧面的反射光用来鉴相,一路接收目标回波的信号光进行相干累加处理。在仿真的基础上设计了实验方案:使用光纤作为理想信道的雷达回波信号相干累加实验,避免了激光在大气中传输造成的相位破损影响,结果与仿真实验相吻合;外场环境下的大气测量,使用激光雷达测风系统对90m,510m远大气进行探测,验证相干信号累积方法的可行性,同时,分析实验结果,通过相干激光脉冲累积可将信噪比从-38d B提高到10d B。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：P412.25
【部分图文】：

TODWL雷达系统

GWOLF 和 VALIDAR 雷达系统

5图 1-4 Wind Tracer 测风激光雷达系统r 是美国 NASA 开发研制的相干激光测风雷达系用的是工作介质是 Tm:YAG，激光工作波长为 2冲宽度为 425ns[10]。扫描的水平范围高达0360 、 公里到 10 公里，定位精度可达0 0 .1，位置分辨
【参考文献】

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本文编号：2889397