【摘要】：精確的大氣風(fēng)場數(shù)據(jù)測量對人類生活舉足輕重,激光測風(fēng)雷達是探測大氣風(fēng)場數(shù)據(jù)時空分辨率較高、準確性較高的一種技術(shù)。目前,國內(nèi)從事大口徑測風(fēng)雷達望遠鏡光學(xué)系統(tǒng)研制的單位較少。本論文就355nm主動激光測風(fēng)雷達研制項目實例的關(guān)鍵技術(shù)點開展了鉆研。論文概述了主動激光測風(fēng)雷達系統(tǒng)研制意義,激光雷達系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成及多普勒效應(yīng)測風(fēng)速原理。通過兩鏡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點比較,結(jié)合主動激光測風(fēng)雷達望遠鏡的項目設(shè)計要求:波長λ=355nm,視場2ω=±0.0025o,系統(tǒng)波像差均方根RMS≤λ/5(檢測波長λ=632.8nm),設(shè)計了反射式兩鏡系統(tǒng)加準直聚焦透鏡組的望遠鏡接收光學(xué)系統(tǒng)和發(fā)射擴束器系統(tǒng),并對接收系統(tǒng)進行光路反向調(diào)試檢測。針對單波長紫外不可見光355nm激光雷達系統(tǒng)的調(diào)試難點,從系統(tǒng)的設(shè)計分析對其進行光路反向調(diào)試。折反兩鏡系統(tǒng)使工作波長355nm和檢測波長632.8nm條件下的鏡間距一致為1100mm,使用4D干涉儀與1.6m標準平面反射鏡組成自準直檢測光路對其反向調(diào)試;透鏡組利用355nm激光器和干涉儀前置鏡頭組成自準直檢測光路來調(diào)試檢測。調(diào)試后,測得兩鏡系統(tǒng)中心視場干涉圖波像差數(shù)據(jù)為:PV=1.852λ,RMS=0.20266λ(λ=632.8 nm)滿足設(shè)計指標要求;透鏡組單獨實測后截距l(xiāng)2"'=42.310 mm,整體接收系統(tǒng)調(diào)試所測后截距l(xiāng)2""=42.325 mm,分別與理論計算后截距l(xiāng)2'=42.35 mm,系統(tǒng)ZEMAX優(yōu)化后截距l(xiāng)2"=39.546 mm作差,誤差均在允許范圍內(nèi),且整體系統(tǒng)調(diào)試后反射和發(fā)射光焦點重合。采用355nm激光器、4D干涉儀及其前置鏡頭對系統(tǒng)進行反向針對性的調(diào)試方法,降低了系統(tǒng)調(diào)試難度,加快了項目研制進程。
【圖文】：

光雷達 優(yōu)點：3D 風(fēng)場遙感、高時空分辨率、在晴空條件下仍可測風(fēng)勒激光測風(fēng)雷達較其他測風(fēng)技術(shù)更大的不同是它以激光器發(fā)射激般的光源相比，激光光源具有高亮度、單色性好、相干性好、方、大功率的特點，是最為理想的光源，使其在眾多測風(fēng)方法中脫效的測風(fēng)手段，除表（1.1）所示優(yōu)缺點，多普勒激光測風(fēng)雷達還勢[10]：測速精度高、測速范圍廣、非接觸測量、動態(tài)響應(yīng)快、良、高時空分辨率。所述，多普勒激光測風(fēng)雷達較其他測風(fēng)技術(shù)具有比較好的發(fā)展前越來越受到世界各國研究人員的高度重視。勒激光雷達系統(tǒng)結(jié)構(gòu)勒（Doppler）激光測風(fēng)雷達主要由發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)及信號處中發(fā)射系統(tǒng)主要由激光器、激光調(diào)制器、光束控制器和光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)主要由光學(xué)接收天線、鑒頻器及光電探測器組成，而信號處信號處理器、伺服系統(tǒng)和通信系統(tǒng)等組成，見下圖（1.1）所示。

圖 1.2 激光發(fā)射和接收的物理光學(xué)過Fig 1.2 Laser transmitting and receiving process o激光雷達接收信號的功率可表示為發(fā)射激光功率分數(shù)的卷積，且該功率與光學(xué)天線和大氣傳輸?shù)乃p因雷達方程的一般形式可寫成下述式子：r2or t 20A= ( ) ( ) ( , , ) ( s t tP R T z P z R J x y z xR （ ） 中rA 指的是光學(xué)天線的有效接收孔徑，R 指的是激光接收光學(xué)系統(tǒng)的效率，t 指的是發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)的效率，，而激光發(fā)射功率的歸一化函數(shù)：( , ) 1tJ x y dxdy 測目標的后向散射函數(shù)為：( x , y , r ) d ( x , y , r )dr
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN958

【參考文獻】

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1 韓燕;孫東松;翁寧泉;竇賢康;王建國;張燕鴻;;60km車載瑞利測風(fēng)激光雷達研制[J];紅外與激光工程;2015年05期

2 劉智深;陳震;于翠榮;李志剛;;多普勒測風(fēng)激光雷達從車載到星載[J];大氣與環(huán)境光學(xué)學(xué)報;2015年02期

3 李莉;李剛;徐春梅;沈洪斌;王元鉑;殷建玲;;基于像差校正的望遠系統(tǒng)裝調(diào)方法研究[J];應(yīng)用光學(xué);2014年05期

4 胡明勇;余俊;穆永吉;毛一江;潘俊鶴;;大口徑寬光譜折射平行光管系統(tǒng)設(shè)計[J];量子電子學(xué)報;2013年05期

5 于翠榮;劉智深;畢德倉;李志剛;劉秉義;;星載測風(fēng)激光雷達系統(tǒng)鑒頻器性能模擬比較[J];量子電子學(xué)報;2013年05期

6 韓娟;段嘉友;陳建軍;張鈞;康健;;大口徑望遠系統(tǒng)中主次鏡系統(tǒng)的裝調(diào)方法[J];中國激光;2012年07期

7 閆佩佩;樊學(xué)武;;R-C光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計及雜散光分析[J];紅外技術(shù);2011年04期

8 周小林;孫東松;鐘志慶;王邦新;夏海云;董晶晶;沈法華;劉東;;多普勒測風(fēng)激光雷達研究進展[J];大氣與環(huán)境光學(xué)學(xué)報;2007年03期

9 王迎強;;相干多普勒激光雷達技術(shù)[J];雷達科學(xué)與技術(shù);2007年02期

10 劉小勤;胡順星;李琛;胡歡陵;張寅超;竇賢康;;一臺監(jiān)測高空鈉層的激光雷達系統(tǒng)[J];光電工程;2006年09期

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1 賈曉東;1.55μm相干測風(fēng)激光雷達樣機的研制[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

2 史廣維;基于矢量波像差理論的反射望遠系統(tǒng)裝調(diào)研究[D];中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機械與物理研究所）;2011年

3 劉秉義;車載測風(fēng)激光雷達性能優(yōu)化和風(fēng)場反演[D];中國海洋大學(xué);2008年

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1 陳震;全光纖相干測風(fēng)激光雷達研究[D];中國海洋大學(xué);2015年

2 閆寶東;脈沖光纖相干測風(fēng)激光雷達初步設(shè)計[D];中國海洋大學(xué);2013年

3 李蕓;折衍/反衍天文望遠鏡系統(tǒng)設(shè)計[D];南昌航空大學(xué);2012年

4 王文芳;紅外大視場折反周視預(yù)警光學(xué)系統(tǒng)研究[D];中國科學(xué)院研究生院(西安光學(xué)精密機械研究所);2012年

5 徐鳳茹;自準直像視覺跟蹤測量關(guān)鍵技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2012年

6 陳一峰;直接測風(fēng)激光雷達研究[D];電子科技大學(xué);2008年

7 李明卓;相干激光測風(fēng)雷達中1.55μm光外差接收實驗研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

8 李婷;月基光學(xué)天文望遠鏡（LOT）的光學(xué)系統(tǒng)研究[D];中國科學(xué)院研究生院（西安光學(xué)精密機械研究所）;2007年

9 王建銀;連續(xù)外差激光多普勒測風(fēng)雷達[D];四川大學(xué);2007年

本文編號：2690523