临近空间车载测风激光雷达系统设计研制与风场观测
[Abstract]:At present, adjacent space is less aware of atmospheric areas and lacks atmospheric sounding data, including wind fields, temperature, density and pressure. Among them, the atmospheric wind data is one of the most important parameters for the in-depth study of atmospheric dynamics and environmental early warning. In the present global or regional atmospheric environment observation system, the in-depth study of the space atmosphere has been limited due to the limitation of the coverage of wind field observation. At present, wind-measuring lidar is the only tool that can detect the three-dimensional wind field in the world with high precision and high spatial-temporal resolution. The two-sided edge technique based on Fabry-Perot is a mature and effective direct Doppler detection method, which can detect the wind field from the ground to the middle layer. This paper analyzes and discusses the key technologies of the design and development of the near-space wind-measuring lidar system, presents the design scheme of the transmitter subsystem, and puts forward the solution of laser frequency drift: the optical path of the receiver subsystem is designed, and the optical path of the receiver subsystem is designed. The parameter optimization scheme is given. The design scheme of the transceiver optical subsystem is given. The technical difficulties encountered in the development of the receiver subsystem are analyzed and discussed, and the large caliber FP standard tool is developed. The feedback loop and feedback circuit of tuning control software of FP are designed, and the pulse optical spreading path of locked channel is improved. The optical loss is reduced by using integral sphere instead of extra-long fiber to widen the pulse light. The detection signal-to-noise ratio of the locked channel is improved and the intensity distribution is more uniform. Finally, a receiver subsystem with high precision and good stability is developed. The calibration system of the Fabry-Perot standard transmittance curve is designed and developed. The calibration experiment of the standard transmittance curve is carried out. The parameters of the standard transmittance curve after calibration are consistent with the designed value, and the calibration system is very stable. The experimental measurement and inversion method of laser spectrum is put forward, the experimental equipment is designed and built, the laser spectrum is measured by experiment, the experimental measurement and inversion method of Rayleigh-Brillouin spectrum is put forward, and the experimental equipment is designed. In this paper, the long series data of wind field continuous detection by wind lidar are analyzed and discussed. The vertical distribution characteristics of wind field in high troposphere and low stratosphere in Xinjiang are obtained, and the vertical distribution characteristics of wind field in adjacent space in Jiuquan area are obtained. An example of near-space wind-measuring lidar observation of gravity waves is given, and the characteristic parameters of gravity waves in Jiuquan area are obtained.
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TN958.98
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本文编号:2452797
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