本文關(guān)鍵詞：全光纖相干測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)研究

  更多相關(guān)文章： 全光纖 相干檢測(cè) 激光雷達(dá) 風(fēng)速儀

【摘要】：測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)是目前可以實(shí)時(shí)、多尺度主動(dòng)探測(cè)晴空風(fēng)場(chǎng)的重要方法,在民用航天、航空氣象保障、數(shù)值天氣預(yù)報(bào)研究、軍事保障有較好的應(yīng)用前景。全光纖相干測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)是在保偏光纖無(wú)源器件的基礎(chǔ)上,對(duì)原始系統(tǒng)中光學(xué)子系統(tǒng)的一種升級(jí)。由于全光纖系統(tǒng)中的激光都在光纖中進(jìn)行傳輸,所以相比較原始空間光測(cè)風(fēng)系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠在更加惡劣外部環(huán)境,提供更加穩(wěn)定的性能。本論文介紹了國(guó)內(nèi)外常用主動(dòng)式和被動(dòng)式測(cè)風(fēng)傳感器；分析了主動(dòng)式測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)中,相干鑒頻方式和非相干鑒頻方式的優(yōu)缺點(diǎn)；總結(jié)了國(guó)內(nèi)外相干測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)的發(fā)展過(guò)程和發(fā)展現(xiàn)狀。為了能夠更全面的了解全光纖相干系統(tǒng),首先闡述了全光纖相干探測(cè)原理,其次分析了一個(gè)典型全光纖相干測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)中激光發(fā)射子系統(tǒng)、激光接收子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、信號(hào)處理子系統(tǒng)的功能、組成結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)算法。最后探討了這些子系統(tǒng)中所使用關(guān)鍵器件的實(shí)現(xiàn)原理、重要指標(biāo),以及這些指標(biāo)所能獲得的系統(tǒng)的最佳性能。為了搭建全光纖測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng),模擬了一套激光雷達(dá)系統(tǒng)。通過(guò)這個(gè)模擬系統(tǒng)研究了聚焦式相干激光雷達(dá)系統(tǒng)的信噪比；空間光耦合到單模光纖的耦合效率；回波功率和信噪比隨著聚焦位置的變化關(guān)系；脈沖和連續(xù)激光雷達(dá)系統(tǒng)信噪比和本振光的關(guān)系,給出了模擬系統(tǒng)中系統(tǒng)信噪比最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的本振光的功率分別為730uW和700uW。分析了脈沖激光雷達(dá)系統(tǒng)中,聲光調(diào)制器(AOM:Acousto-Optical Modulators)消光比與系統(tǒng)性能的關(guān)系,結(jié)合模擬系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算了該模擬系統(tǒng)中AOM的消光比最小為-90dB。介紹了根據(jù)模擬系統(tǒng)所要求的各個(gè)部件的性能選擇的如激光器、保偏光纖環(huán)形器、聲光調(diào)制器、可調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡、平衡探測(cè)器等器件的指標(biāo)。使用這些器件,本文搭建了一套全光纖脈沖測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)和一套全光纖連續(xù)風(fēng)速儀。本文使用設(shè)計(jì)的全光纖相干脈沖激光雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)大氣進(jìn)行了觀測(cè),成功的測(cè)量了45m-300m的大氣風(fēng)速。分析和測(cè)量了脈沖激光器由于損壞而產(chǎn)生次脈沖的強(qiáng)度,以及對(duì)于系統(tǒng)的探測(cè)性能的影響。對(duì)于搭建的全光纖連續(xù)相干風(fēng)速儀,首先使用轉(zhuǎn)盤對(duì)系統(tǒng)的性能進(jìn)行了標(biāo)定,實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)的速度分辨率為0.07m/s。其次利用該風(fēng)速儀對(duì)加濕器噴出的水汽速度、大氣中的風(fēng)速進(jìn)行了測(cè)量。在大氣風(fēng)速的測(cè)量中分析了在本振光處添加AOM前后系統(tǒng)的性能的變化,并使用了添加AOM的系統(tǒng)完成了不同方向上風(fēng)速的測(cè)量。
【關(guān)鍵詞】：全光纖 相干檢測(cè) 激光雷達(dá) 風(fēng)速儀
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P412.25
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 0 引言11-23
• 0.1 選題的背景和意義11-12
• 0.2 測(cè)風(fēng)探測(cè)器技術(shù)發(fā)展情況12-17
• 0.2.1 被動(dòng)式探測(cè)技術(shù)(Passive Detection Technology)12-14
• 0.2.2 主動(dòng)式探測(cè)技術(shù)(Active Detection Technology)14-16
• 0.2.3 測(cè)風(fēng)探測(cè)器優(yōu)劣分析總結(jié)16-17
• 0.3 相干測(cè)風(fēng)與非相干測(cè)風(fēng)17-18
• 0.4 測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)?/span>18-22
• 0.4.1 國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r18-22
• 0.4.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r22
• 0.5 論文的主要工作22-23
• 1 全光纖相干測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)研究23-49
• 1.1 相干探測(cè)理論23-24
• 1.2 全光纖測(cè)風(fēng)雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)分析24-26
• 1.3 保偏光纖無(wú)源器件26-30
• 1.3.1 保偏光纖26-28
• 1.3.2 保偏環(huán)形器28-30
• 1.3.3 保偏光纖耦合器30
• 1.4 發(fā)射系統(tǒng)30-33
• 1.4.1 激光器模塊30-33
• 1.5 接收系統(tǒng)33-42
• 1.5.1 掃描鏡模塊33-35
• 1.5.2 望遠(yuǎn)鏡模塊35-37
• 1.5.3 探測(cè)器模塊37-41
• 1.5.4 信號(hào)調(diào)理和采集41-42
• 1.6 風(fēng)速反演42-48
• 1.6.1 功率譜估計(jì)模塊43-47
• 1.6.2 3D風(fēng)場(chǎng)重建47-48
• 1.7 小結(jié)48-49
• 2 激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)參數(shù)計(jì)算49-62
• 2.1 激光雷達(dá)信噪比49-54
• 2.2 空間光耦合到單模光纖的效率54-55
• 2.3 探測(cè)距離和輸出能量的關(guān)系55-57
• 2.4 脈沖激光雷達(dá)AOM消光比57-59
• 2.5 最佳本振光59-61
• 2.6 小結(jié)61-62
• 3 全光纖激光相干測(cè)風(fēng)系統(tǒng)62-94
• 3.1 關(guān)鍵器件介紹62-73
• 3.1.1 激光器62-67
• 3.1.2 保偏光纖環(huán)形器67-68
• 3.1.3 聲光調(diào)制器68
• 3.1.4 可調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡68-70
• 3.1.5 平衡探測(cè)器70-71
• 3.1.6 信號(hào)放大器71-72
• 3.1.7 數(shù)據(jù)采集卡72-73
• 3.2 連續(xù)相干測(cè)風(fēng)實(shí)驗(yàn)73-85
• 3.2.1 轉(zhuǎn)盤測(cè)速實(shí)驗(yàn)74-77
• 3.2.2 水汽測(cè)速實(shí)驗(yàn)77-80
• 3.2.3 大氣測(cè)速實(shí)驗(yàn)80-85
• 3.3 脈沖相干測(cè)風(fēng)實(shí)驗(yàn)85-93
• 3.4 小結(jié)93-94
• 4 總結(jié)與展望94-95
• 4.1 總結(jié)94
• 4.2 展望94-95
• 5 致謝95-96
• 參考文獻(xiàn)96-98

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 劉宏陽(yáng);張燕革;艾勇;代永紅;陳晶;;用于相干光通信的平衡探測(cè)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2014年07期

2 趙興炳;李躍清;;風(fēng)廓線雷達(dá)原理及其在高原地區(qū)探測(cè)結(jié)果初析[J];四川氣象;2006年02期

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 閆寶東;脈沖光纖相干測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)初步設(shè)計(jì)[D];中國(guó)海洋大學(xué);2013年

2 王希濤;全光纖激光相干測(cè)速技術(shù)研究[D];中國(guó)海洋大學(xué);2011年

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本文編號(hào)：520661