基于三通道FP标准具的532nm对流层多普勒测风激光雷达研究
发布时间：2020-12-26 13:07
风场是十分重要的大气参数。在激光大气传输、大气环境监测、航空航天安全、风力发电评估等领域扮演着重要角色。长期以来,由于缺乏特定的大气风场遥感设备,造成边界层至平流层底部（约2km～1 5km）大气风场数据匮乏,因此限制了大气风场相关领域的研究。多普勒测风激光雷达是一种利用激光对大气风场进行探测的手段,具有空间分辨率高、具备连续测量、机动性好等方面的特点,成为近年来大气探测领域的研究热点,应用前景十分广阔。本文重点研究了探测对流层大气风场瑞利-米散射多普勒激光雷达系统的设计与研制,包括系统参数优化及硬件设计、稳频和锁频关键技术研究、风场反演方法研究、及外场对比实验与误差分析。论文首先介绍了探测对流层大气风场瑞利-米散射多普勒激光雷达设计与研制方案。第一步对测风激光雷达核心鉴频器件FP标准具进行优化设计,优化后的设计参数为:FSR=8GHz,FWHM=1GHz,两个边缘通道峰值间距为3.48GHz。其次根据设计指标对系统进行模拟仿真,仿真结果表明:在探测对流层大气风场中,波长532nm最具有优势,并且选取800mm 口径望远镜与单脉冲能量800mJ的Nd:YAG激光器。最终对整个系统进行单...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：127 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２．１风杯实物图（左）及其原理图（右）??
?第１章综述???测量储存的风场数据进行系统评估。现有的测风塔多为折架式结构和圆筒式结构，??高度为１０￣１５０米［１１］。??（２）?探空气球??探空气球也是另一种常见的大气风场探测仪器，如图（１．２．２）所示。其采用??以氢气、氦气作为填充气体，并且能携带探空仪器升入高空进行试验。探空气球??方法在平流层研宄领域具有重要意义，同时也为气象学发展和天气预告工作提供??可靠的气象数据。探空气球可携带的无线电探空仪种类较多，在做到探空气球自??动充气的同时，也要做到探空气球的自动排气用来限高和限速。探空气球是一种??直接测量仪器，气球上携带温度、湿度、风速等传感器，测量精度高、范围广。??目前气象业务观测中一般为上午８点和下午８点各放一次探空气球，难以进行连??续观测，且可回收探空气球还没有普及，测量成本较大。??化斗，ＧＰＳ＾收夭线??ｆｌｐ?＿＿Ｉ＿＿??丨驗ＧＰＳ定咖块娜转换?１?ＴＰＵ测置板??｜?丨调士射??？?＾?ｊＵＨＦ３ｔ？＾ｔ??北斗／ｏｐｓ探空仪部分??图１．２．２探空气球实物图（左）及其电路框图（右）??（３）风廓线雷达??风廓线雷达的原理是通过发射不同角度的电磁波，接收由大气波动影响的回??波信号，并基于多普勒频移效应，对回波信号分析处理，得到大气速度分量。如??图（丨．２．３）所示。通常风廓线雷达采用三波束或五波束模式扫描［１３］。为提高探测??精度，一般都为五波束探测，这五个波束不是同时发射，每个时刻只有一个波束，??依次循环，完成一个扫描周期，最终在水平方向上投影，合成水平风常??幽Ｉ??图１．２．３风廓线雷达实物图（左）及其原理图（右）??４??
?第１章综述???测量储存的风场数据进行系统评估。现有的测风塔多为折架式结构和圆筒式结构，??高度为１０￣１５０米［１１］。??（２）?探空气球??探空气球也是另一种常见的大气风场探测仪器，如图（１．２．２）所示。其采用??以氢气、氦气作为填充气体，并且能携带探空仪器升入高空进行试验。探空气球??方法在平流层研宄领域具有重要意义，同时也为气象学发展和天气预告工作提供??可靠的气象数据。探空气球可携带的无线电探空仪种类较多，在做到探空气球自??动充气的同时，也要做到探空气球的自动排气用来限高和限速。探空气球是一种??直接测量仪器，气球上携带温度、湿度、风速等传感器，测量精度高、范围广。??目前气象业务观测中一般为上午８点和下午８点各放一次探空气球，难以进行连??续观测，且可回收探空气球还没有普及，测量成本较大。??化斗，ＧＰＳ＾收夭线??ｆｌｐ?＿＿Ｉ＿＿??丨驗ＧＰＳ定咖块娜转换?１?ＴＰＵ测置板??｜?丨调士射??？?＾?ｊＵＨＦ３ｔ？＾ｔ??北斗／ｏｐｓ探空仪部分??图１．２．２探空气球实物图（左）及其电路框图（右）??（３）风廓线雷达??风廓线雷达的原理是通过发射不同角度的电磁波，接收由大气波动影响的回??波信号，并基于多普勒频移效应，对回波信号分析处理，得到大气速度分量。如??图（丨．２．３）所示。通常风廓线雷达采用三波束或五波束模式扫描［１３］。为提高探测??精度，一般都为五波束探测，这五个波束不是同时发射，每个时刻只有一个波束，??依次循环，完成一个扫描周期，最终在水平方向上投影，合成水平风常??幽Ｉ??图１．２．３风廓线雷达实物图（左）及其原理图（右）??４??
本文编号：2939757
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：127 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２．１风杯实物图（左）及其原理图（右）??
?第１章综述???测量储存的风场数据进行系统评估。现有的测风塔多为折架式结构和圆筒式结构，??高度为１０￣１５０米［１１］。??（２）?探空气球??探空气球也是另一种常见的大气风场探测仪器，如图（１．２．２）所示。其采用??以氢气、氦气作为填充气体，并且能携带探空仪器升入高空进行试验。探空气球??方法在平流层研宄领域具有重要意义，同时也为气象学发展和天气预告工作提供??可靠的气象数据。探空气球可携带的无线电探空仪种类较多，在做到探空气球自??动充气的同时，也要做到探空气球的自动排气用来限高和限速。探空气球是一种??直接测量仪器，气球上携带温度、湿度、风速等传感器，测量精度高、范围广。??目前气象业务观测中一般为上午８点和下午８点各放一次探空气球，难以进行连??续观测，且可回收探空气球还没有普及，测量成本较大。??化斗，ＧＰＳ＾收夭线??ｆｌｐ?＿＿Ｉ＿＿??丨驗ＧＰＳ定咖块娜转换?１?ＴＰＵ测置板??｜?丨调士射??？?＾?ｊＵＨＦ３ｔ？＾ｔ??北斗／ｏｐｓ探空仪部分??图１．２．２探空气球实物图（左）及其电路框图（右）??（３）风廓线雷达??风廓线雷达的原理是通过发射不同角度的电磁波，接收由大气波动影响的回??波信号，并基于多普勒频移效应，对回波信号分析处理，得到大气速度分量。如??图（丨．２．３）所示。通常风廓线雷达采用三波束或五波束模式扫描［１３］。为提高探测??精度，一般都为五波束探测，这五个波束不是同时发射，每个时刻只有一个波束，??依次循环，完成一个扫描周期，最终在水平方向上投影，合成水平风常??幽Ｉ??图１．２．３风廓线雷达实物图（左）及其原理图（右）??４??
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