臨近空間風場數據對飛行器的姿態(tài)控制和飛行安全具有重要意義。針對中國科學院上海光學精密機械研究所自行研制的可搭載于臨近空間飛行器的直接探測多普勒激光測風雷達（DWL）原理樣機,介紹了其工作原理、系統結構,并給出了相關的技術參數。對該DWL原理樣機進行了地面自測試實驗,并將反演結果與相干探測激光測風雷達（CDL）和探空氣球的測量結果進行了對比。結果顯示:該DWL原理樣機反演的近地面的風速風向結果與CDL和探空氣球的測量結果具有良好的一致性。在0.3～1.1 km的高度范圍內,以CDL的測量結果為基準,該DWL原理樣機反演的風速均方根誤差（RMSE）為1.38 m/s,風向均方根誤差為9°;在0～3 km的高度范圍內,以探空氣球的測量結果為基準,該DWL原理樣機反演的風速均方根誤差不大于2.1 m/s,風向均方根誤差不大于10°。 

【文章來源】：中國激光. 2020,47(08)北大核心

【文章頁數】：8 頁

【部分圖文】：

基于F-P標準具的Cabannes-Brillouin散射多普勒測量原理。

DWL系統結構示意圖

式中:SN為歸一化信號差值測量信噪比(SNR)。圖5給出了2018年12月18日18:20的 DWL原理樣機風場數據所對應的回波信號信噪比和水平風速誤差曲線。從圖5中可以看出,隨著探測高度的增加,信噪比逐漸降低,風速測量誤差逐漸增大。由信噪比不足導致的振蕩為高頻振蕩,可以通過數據平滑處理減小該振蕩,圖4(c)、(d)中最大高度9.6 km處未參與數據平滑處理的振蕩即是高頻振蕩。DWL原理樣機在垂直方向上可分辨的高度間隔為30 m,探空氣球在垂直方向上可分辨的高度間隔從100 m到2 km不等,DWL原理樣機的垂直分辨率更高。7～8 km處的低頻振蕩則是該高分辨率DWL原理樣機反演得到的風速垂直分布結構。在風速測量時,可以通過提高出射激光功率和增加脈沖累積時間來提高信噪比,進而減小風速誤差,提高風速測量精度。圖5 2018年12月18日18:20的 DWL原理樣機風場數據所對應的回波信號信噪比和水平風速誤差曲線。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]激光多普勒測風技術最新進展[J]. 馬福民,陳涌,楊澤后,周鼎富,李曉鋒,陳春利,馮力天,余臣.  激光與光電子學進展. 2019(18)
[2]基于瑞利多普勒激光雷達數據的重力波測量與分析[J]. 陳沖,孫東松,陳廷娣,韓於利,趙若燦,周安然,王國成,唐磊.  紅外與激光工程. 2018(09)
[3]臨近空間大氣環(huán)境對高超聲速飛行器氣動特性的影響研究進展[J]. 程旋,肖存英,胡雄.  飛航導彈. 2018(05)
[4]平流層飛艇機載風速測量方法[J]. 張瀾川,孟軍輝,呂明云.  科技導報. 2017(02)
[5]瑞利測風激光雷達系統性能改進與中高層大氣風場觀測[J]. 唐磊,蔣杉,李梓霂,鄭俊,趙若燦,孫東松,吳海濱,代軒,魯平.  中國激光. 2016(07)
[6]L波段雷達探測氣球丟球的原因及對策[J]. 屠江敏.  浙江氣象. 2011(01)
[7]基于法布里-珀羅標準具的測風激光雷達探測數據分析[J]. 王國成,孫東松,杜洪亮,舒志峰,唐磊,胡冬冬,徐文靜,董吉輝,竇賢康.  中國激光. 2011(03)
[8]臨近空間大氣環(huán)境研究現狀[J]. 呂達仁,陳澤宇,郭霞,田文壽.  力學進展. 2009(06)
[9]Design and performance simulation of a molecular Doppler wind lidar[J]. 沈法華,Hyunki Cha,董吉輝,Dukhyeon Kim,孫東松,Sung Ok Kwon.  Chinese Optics Letters. 2009(07)
[10]車載直接探測多普勒測風激光雷達光學鑒頻器[J]. 劉繼橋,卜令兵,周軍,余婷,陳衛(wèi)標.  中國激光. 2006(10)



本文編號：3024140