【摘要】：相干激光測風(fēng)雷達(dá)以氣溶膠與空氣分子為探測目標(biāo),通過向大氣發(fā)射激光脈沖,提取徑向多普勒速度并反演風(fēng)場。激光測風(fēng)雷達(dá)工作于晴空條件下,可與天氣雷達(dá)協(xié)同工作,共同實現(xiàn)雨天和晴天的大氣風(fēng)場監(jiān)測。與微波波段的風(fēng)廓線雷達(dá)相比,其精度高、信號處理方式簡單、體積小、掃描方式靈活,在大氣風(fēng)場探測領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。相干激光測風(fēng)雷達(dá)的譜分析方式不同于微波雷達(dá)的脈沖對處理,其通過對單次脈沖回波按距離分段做DFT實現(xiàn)譜分析。其頻譜分辨率與單次DFT分析點數(shù)成正比,按脈沖寬度對回波信號分段(距離庫)做譜分析得出的頻譜分辨率不能滿足實際需求,提高頻譜分辨率必須增加單次DFT分析點數(shù),但距離分辨率隨之降低。因此,激光雷達(dá)的譜分析面臨著頻譜分辨率與距離分辨率相互制約的矛盾�；谶@一矛盾,本文采用時域滑窗的譜分析方式,在提高頻譜分辨率的同時兼顧距離分辨率。本文分析了相干激光測風(fēng)雷達(dá)系統(tǒng)原理及回波信號處理方法。針對激光回波信號較弱的特點,采用譜積累方法提高頻譜檢測能力,并通過Matlab仿真驗證。提出了信號處理器的FPGA實現(xiàn)方案。實現(xiàn)了中頻信號的AD采樣、譜分析、譜積累、千兆網(wǎng)傳輸?shù)裙δ�。在此基礎(chǔ)上,采用雙FFT核延時并聯(lián)的方式實現(xiàn)了窗寬256點、單次滑動128點的滑窗譜分析,將距離分辨率由96m提升至48m。完成了信號處理器的性能分析測試。用噪聲法與信噪比法分別測試了有效位(ENOB),噪聲法測得ENOB為12.28位。針對信噪比法,根據(jù)兩組不同輸入信號幅度的SNR值聯(lián)合求解,消除了信號源的影響,將ENOB測試結(jié)果由9.7位提升至11.8位。根據(jù)信噪比法ENOB結(jié)果與FFT積累增益理論計算的動態(tài)范圍為96.8dB,最小探測功率為-85.97dBm。衰減器實測的最小探測功率介于-80dBm至-90dBm之間,與理論結(jié)果吻合。最后,結(jié)合WindAnalyzer-50H小型激光雷達(dá)平臺進(jìn)行了測風(fēng)實驗。實驗結(jié)果顯示,相反方位角的多普勒速度線以零速度線(80MHz)呈左右對稱,信號處理器能實現(xiàn)相干激光測風(fēng)雷達(dá)的中頻信號處理。
【圖文】：

美國WindTracer激光雷達(dá)

法國LEOSPHERE公司W(wǎng)INDCUBE系列激光雷達(dá)
【學(xué)位授予單位】：成都信息工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：P415.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2624910