【摘要】：大氣風(fēng)場(chǎng)的精確觀測(cè)在氣象、軍事、航空航天等領(lǐng)域受到越來(lái)越多的關(guān)注。1550nm全光纖相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)因?yàn)槠淙搜郯踩?體積小,測(cè)風(fēng)精度高,時(shí)間和空間分辨率氋等優(yōu)點(diǎn),非常適合于風(fēng)速實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)且機(jī)動(dòng)性高、隱蔽性好,近些年來(lái)成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。本論文對(duì)1550nm波段的相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究,主要內(nèi)容如下:本文首先分析了測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)在氣象、軍事、航天航空等領(lǐng)域的應(yīng)用,并總結(jié)了國(guó)內(nèi)外激光雷達(dá)的研究過(guò)程,明確課題研究意義;第二部分主要分析了相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)原理。首先,介紹了測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)組成,然后結(jié)合相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)原理和系統(tǒng)框圖分析了相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)方程,對(duì)激光雷達(dá)方程中的關(guān)鍵參數(shù)包括標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的后向散射系數(shù)和大氣透過(guò)率進(jìn)行了仿真;通過(guò)介紹相干探測(cè)原理,推導(dǎo)出相干信號(hào)表達(dá)式,進(jìn)而給出激光雷達(dá)信噪比概念,并依據(jù)天線定理,使用后向傳播本振光對(duì)信噪比進(jìn)行推導(dǎo)給出信噪比表達(dá)式,通過(guò)分析信噪比表達(dá)式,給出影響信噪比的關(guān)鍵參數(shù):外差效率,天線效率表達(dá)式。第三部分對(duì)影響相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)誤差的因素進(jìn)行了分析,包括激光器性能,頻譜分辨率,探測(cè)信噪比對(duì)測(cè)頻精度的影響。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)誤差的分析,決定系統(tǒng)各參數(shù)及探測(cè)距離。第四章對(duì)頻率提取算法、掃描系統(tǒng)、望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了具體分析。對(duì)于頻率提取算法,通過(guò)對(duì)脈沖對(duì)算法,改善型脈沖對(duì)算法,補(bǔ)零FFT及最大似然估計(jì)算的分析,得出補(bǔ)零FFT算法適合相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)實(shí)時(shí)風(fēng)速測(cè)量的可行性;通過(guò)仿真,對(duì)掃描系統(tǒng)具體參數(shù)進(jìn)行了分析,確定掃描系統(tǒng)具體參數(shù);利用天線效率結(jié)論,以及信噪比仿真,對(duì)望遠(yuǎn)鏡需求進(jìn)行分析,設(shè)計(jì)了一款符合需求的透射式望遠(yuǎn)鏡;第五章對(duì)搭建的相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證和外場(chǎng)試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)臺(tái)臨時(shí)搭建系統(tǒng),驗(yàn)證激光雷達(dá)原理可行性,并通過(guò)轉(zhuǎn)速馬達(dá)對(duì)相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)速度測(cè)量進(jìn)行初期標(biāo)定,試驗(yàn)臺(tái)完成功能性測(cè)試后,進(jìn)行外場(chǎng)測(cè)試,基本實(shí)現(xiàn)了測(cè)風(fēng)功能。第六章對(duì)研制工作進(jìn)行總結(jié),并指出工作的不足之處。并指出了接下來(lái)需要完成工作。
[Abstract]:More and more attention has been paid to the accurate observation of atmospheric wind field in meteorology, military, aerospace and other fields. 1550 nm all-fiber coherent Doppler wind lidar is safe in human eyes, small in size and high in wind measurement accuracy. The advantages of time and spatial resolution are very suitable for real-time wind speed monitoring, high maneuverability and good concealment. In recent years, it has become a hot research topic at home and abroad. In this paper, the key technologies of coherent Doppler wind lidar in 1550nm band are studied. The main contents are as follows: firstly, the application of wind lidar in meteorology, military, aerospace and other fields is analyzed. The research process of lidar at home and abroad is summarized, and the significance of the research is clarified. In the second part, the principle of coherent Doppler wind lidar is analyzed. Firstly, the composition of wind lidar system is introduced, and then the equation of coherent Doppler wind lidar is analyzed according to the principle and system block diagram of coherent Doppler wind lidar. The key parameters of lidar equation, including backscattering coefficient and atmospheric transmittance under standard atmospheric conditions, are simulated. By introducing the principle of coherent detection, the expression of coherent signal is derived, and then the concept of SNR of lidar is given. According to the antenna theorem, the SNR expression is derived by using backward propagating local oscillator light. By analyzing the expression of signal-to-noise ratio (SNR), the key parameters affecting SNR are given: heterodyne efficiency and antenna efficiency expression. In the third part, the factors affecting the system error of coherent Doppler wind lidar are analyzed, including laser performance, spectrum resolution and the influence of signal-to-noise ratio (SNR) on the accuracy of frequency measurement. Through the analysis of the system error, the parameters and detection distance of the system are determined. In the fourth chapter, the frequency extraction algorithm, scanning system and the key technology of telescope design are analyzed in detail. For the frequency extraction algorithm, through the analysis of pulse pair algorithm, improved pulse pair algorithm, zero compensation FFT and maximum likelihood estimation, it is concluded that the zero compensation FFT algorithm is suitable for real time wind speed measurement of coherent Doppler wind lidar. Through simulation, the specific parameters of the scanning system are analyzed, and the specific parameters of the scanning system are determined. By using the conclusion of antenna efficiency and signal-to-noise ratio (SNR) simulation, the requirements of the telescope are analyzed, and a transmission telescope is designed to meet the requirements. In chapter 5, the experimental verification and field test of coherent Doppler wind lidar are carried out. Through the temporary construction system of the test-bed, the feasibility of lidar principle is verified, and the velocity measurement of coherent Doppler wind lidar is calibrated by rotating speed motor. After the functional test of the test-bed is completed, the external field test is carried out. The function of wind measurement is basically realized. The sixth chapter summarizes the research work and points out the shortcomings of the work. It is pointed out that the next work needs to be completed.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第一研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN958.98

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉軍華;高新江;周勛;;短波紅外InGaAs焦平面探測(cè)器的技術(shù)進(jìn)展[J];半導(dǎo)體光電;2015年05期

2 刁偉峰;劉繼橋;竹孝鵬;劉源;張?chǎng)?陳衛(wèi)標(biāo);;全光纖相干多普勒激光雷達(dá)非線性最小二乘風(fēng)速反演方法及實(shí)驗(yàn)研究[J];中國(guó)激光;2015年09期

3 劉兵;陶煒;柯尊貴;馮力天;袁菲;李曉峰;;相干激光雷達(dá)平衡式相干探測(cè)技術(shù)研究[J];激光技術(shù);2015年01期

4 徐世龍;胡以華;郭力仁;;飛機(jī)尾渦相干激光探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與性能分析[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2014年08期

5 步志超;郭磐;陳思穎;張寅超;陳和;陳勝哲;葛憲瑩;;相干測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)望遠(yuǎn)鏡孔徑及截?cái)嘁蜃拥膬?yōu)化分析[J];紅外與激光工程;2014年03期

6 楊昌盛;徐善輝;李燦;莫樹(shù)培;馮洲明;姜中宏;楊中民;;1.5μm波段連續(xù)單頻光纖激光器的研究進(jìn)展[J];中國(guó)科學(xué):化學(xué);2013年11期

7 王然;高春清;;1.6μm波段單頻激光器技術(shù)研究進(jìn)展[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2013年08期

8 潘靜巖;鄔雙陽(yáng);劉果;董光焰;張鵬飛;陳靜;;相干激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)風(fēng)場(chǎng)測(cè)量技術(shù)[J];紅外與激光工程;2013年07期

9 張衛(wèi)鋒;張若嵐;趙魯生;胡銳;史衍麗;;InGaAs短波紅外探測(cè)器研究進(jìn)展[J];紅外技術(shù);2012年06期

10 竹孝鵬;劉繼橋;刁偉峰;畢德倉(cāng);周軍;陳衛(wèi)標(biāo);;相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)研究[J];紅外;2012年02期

相關(guān)會(huì)議論文 前1條

1 陳楠;胡明寶;徐芬;高闖;;利用風(fēng)廓線雷達(dá)資料研究大氣湍流耗散率[A];S9 雷達(dá)探測(cè)技術(shù)研究與應(yīng)用[C];2012年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 賈曉東;1.55μm相干測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)樣機(jī)的研制[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

2 李彥超;2μm激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)外差探測(cè)方法與關(guān)鍵技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

3 劉俊凱;飛機(jī)尾流的雷達(dá)檢測(cè)與跟蹤技術(shù)研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前7條

1 胡琦;基于多普勒氣象雷達(dá)的風(fēng)切變預(yù)測(cè)研究[D];上海交通大學(xué);2012年

2 安軍;航母尾流模擬及艦載機(jī)著艦控制的初步研究[D];華中科技大學(xué);2012年

3 徐向博;大氣湍流對(duì)激光傳輸?shù)挠绊懷芯縖D];長(zhǎng)春理工大學(xué);2011年

4 王麗枝;相干光通信外差探測(cè)技術(shù)研究[D];西安電子科技大學(xué);2011年

5 張德遠(yuǎn);基于雙邊緣技術(shù)的多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D];電子科技大學(xué);2008年

6 馮立坤;2μm相干激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)光學(xué)天線特性分析與設(shè)計(jì)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

7 張健;2μm相干激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)信號(hào)提取與仿真[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

，

本文編號(hào)：2493942