1.5μm波长全光纤多功能相干多普勒测风激光雷达

发布时间：2020-10-27 03:25

　　 地球大气层从地面往上,包括对流层、平流层、中间层、热层和磁层等。其中对流层是密度最高的一层,它蕴含了整个大气层约80%的质量,以及几乎所有的水蒸气及气溶胶。对流层也是地球大气层中天气变化最复杂的一层,人类在航空和日常生活中遇到的几乎所有天气变化都出现在这一层。对流层的风场、大气退偏振比等参数特性是风能源开发利用、航空安全、大型建筑物和重大工程的安全设计及城市规划和防灾管理的关键参数,也是大气污染物稀释、扩散、输送的重要参数,因此对流层内的大气参数观测至关重要。激光雷达使用激光的振幅、频率、相位、偏振搭载信息,可以精确测距、测量频移、测量目标角度和偏振态。相干多普勒测风激光雷达具有结构紧凑、高角分辨率、高空间和时间分辨率、高测量精度、大动态范围、远探测距离、多目标探测、强抗干扰能力。本论文介绍了 1.5μm全光纤多功能相干多普勒测风激光雷达研制的过程,论文共分为三个章节。第一章为绪论。本章节介绍了相干多普勒测风激光雷达在提高风能利用率、极端天气预警、大气污染监测、大型建筑物安全保障和解决科学问题上的应用。对相干多普勒测风激光雷达的发展进行了综述和回顾。第二章为相干多普勒测风激光雷达的理论推导。基于BPLO方法推导出相干多普勒测风激光雷达载噪比的表达式,并引出天线效率的概念,进一步对关键器件的参数进行优化,提高整机载噪比。然后基于优化后的系统参数,使用蒙特卡洛仿真产生回波数据并处理,得到理论上的相干多普勒测风激光雷达性能。最后使用雷达实测结果与理论性能进行对比,证明理论推导的正确性。第三章为相干多普勒测风激光雷达外场实验。分别介绍了(1)1.5μm全光纤偏振相干多普勒测风激光雷达的设计方法和外场实验;(2)使用联合时频分析方法提高相干多普勒测风激光雷达距离分辨率;(3)基于Golay脉冲编码的相干多普勒测风激光雷达系统;(4)合肥地区PM_(2.5)与边界层之间关系;(5)安庆地区激光雷达与探空气球的对比实验。通过以上5组实验充分验证了全光纤多功能相干多普勒测风激光雷达的稳定性和广泛的应用场景。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN958.98;X831
【部分图文】：

大规模开发和商业化前景的新能源领域（严陆光ｅｔａｌ．，２００７）。根据中国风能协会??发布的《２０１７年中国风电装机容量简报》，从２００６年到２０１７年国内风机装机??量如图１．２所示。??在２００３年，英国的ＱｉｎｅｔｉＱ公司与ＤＴＵ合作，成立了后来的ＺｅｐｈＩＲ公司，??并将相干多普勒测风激光雷达用于风力发电领域，经过十几年发展，出现了基于??相干多普勒测风激光雷达的风电厂选址评估（刘波ｅｔａｌ．，２０１６，李军军，吴政球，??２??

??餘腿??图１．１用于机场的相干多普勒测风激光雷达系统??提高风能利用率：风力发电是新能源技术中，除水力发电外，最成熟，最具??大规模开发和商业化前景的新能源领域（严陆光ｅｔａｌ．，２００７）。根据中国风能协会??发布的《２０１７年中国风电装机容量简报》，从２００６年到２０１７年国内风机装机??量如图１．２所示。??在２００３年，英国的ＱｉｎｅｔｉＱ公司与ＤＴＵ合作，成立了后来的ＺｅｐｈＩＲ公司，??并将相干多普勒测风激光雷达用于风力发电领域，经过十几年发展，出现了基于??相干多普勒测风激光雷达的风电厂选址评估（刘波ｅｔａｌ．，２０１６，李军军，吴政球，??２??

其在桥梁牵引钢索的过程中，风湍流会导致牵引钢索产生应力，导致钢索的强度??下降，影响桥梁的性能。同时，桥梁的风场分布也是桥梁设计的重要参数，通过??使用相干多普勒测风激光雷达，可以实现大桥建造过程中风场的监测。如图１．３??所示，在Ｌｙｓｅ＾ｏｒｄＢｉｒｄｇｅ的建造过程中，使用了两台ＷｉｎｄＳｃａｎｎｅｒ的短距离相??干多普勒测风激光雷达对大桥风场分布进行实时观测，保障大桥建造的安全??（Ｃｈｅｙｎｅｔ?ｅｔ?ａｌ．，２０１７，Ｃｈｅｙｎｅｔ?ｅｔ?ａｌ＿，２０１６?，?Ｍｉｋｋｅｌｓｅｎ?ｅｔ?ａｌ．，?２０１７）。??Ｉ??图１．３使用测风激光雷达保证大桥建造的安全??通过使用测风激光雷达观测风场信息，还可以解决一些科学问题，比如使用??相干多普勒测风激光雷达观测到重力波现象（Ｗｉｔｓｃｈａｓ?ｅｔ?ａｌ．，２０１７）。??１．２国内外发展现状??得益于光纤通信技术的发展，目前全光纤相干多普勒测风激光雷达发展迅速，??但是目前国际上尚无基于相干探测原理的，既能测风又能测大气退偏振比的全光??纤多功能相干多普勒测风激光雷达。研发具有多种大气参数探测能力的
【参考文献】

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本文编号：2857961