風場是十分重要的大氣參數(shù)。在激光大氣傳輸、大氣環(huán)境監(jiān)測、航空航天安全、風力發(fā)電評估等領(lǐng)域扮演著重要角色。長期以來,由于缺乏特定的大氣風場遙感設備,造成邊界層至平流層底部（約2km～1 5km）大氣風場數(shù)據(jù)匱乏,因此限制了大氣風場相關(guān)領(lǐng)域的研究。多普勒測風激光雷達是一種利用激光對大氣風場進行探測的手段,具有空間分辨率高、具備連續(xù)測量、機動性好等方面的特點,成為近年來大氣探測領(lǐng)域的研究熱點,應用前景十分廣闊。本文重點研究了探測對流層大氣風場瑞利-米散射多普勒激光雷達系統(tǒng)的設計與研制,包括系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化及硬件設計、穩(wěn)頻和鎖頻關(guān)鍵技術(shù)研究、風場反演方法研究、及外場對比實驗與誤差分析。論文首先介紹了探測對流層大氣風場瑞利-米散射多普勒激光雷達設計與研制方案。第一步對測風激光雷達核心鑒頻器件FP標準具進行優(yōu)化設計,優(yōu)化后的設計參數(shù)為:FSR=8GHz,FWHM=1GHz,兩個邊緣通道峰值間距為3.48GHz。其次根據(jù)設計指標對系統(tǒng)進行模擬仿真,仿真結(jié)果表明:在探測對流層大氣風場中,波長532nm最具有優(yōu)勢,并且選取800mm 口徑望遠鏡與單脈沖能量800mJ的Nd:YAG激光器。最終對整個系統(tǒng)進行單... 

【文章來源】：中國科學技術(shù)大學安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：127 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２．１風杯實物圖（左）及其原理圖（右）??

?第１章綜述???測量儲存的風場數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)評估。現(xiàn)有的測風塔多為折架式結(jié)構(gòu)和圓筒式結(jié)構(gòu)，??高度為１０￣１５０米［１１］。??（２）?探空氣球??探空氣球也是另一種常見的大氣風場探測儀器，如圖（１．２．２）所示。其采用??以氫氣、氦氣作為填充氣體，并且能攜帶探空儀器升入高空進行試驗。探空氣球??方法在平流層研宄領(lǐng)域具有重要意義，同時也為氣象學發(fā)展和天氣預告工作提供??可靠的氣象數(shù)據(jù)。探空氣球可攜帶的無線電探空儀種類較多，在做到探空氣球自??動充氣的同時，也要做到探空氣球的自動排氣用來限高和限速。探空氣球是一種??直接測量儀器，氣球上攜帶溫度、濕度、風速等傳感器，測量精度高、范圍廣。??目前氣象業(yè)務觀測中一般為上午８點和下午８點各放一次探空氣球，難以進行連??續(xù)觀測，且可回收探空氣球還沒有普及，測量成本較大。??化斗，ＧＰＳ＾收夭線??ｆｌｐ?＿＿Ｉ＿＿??丨驗ＧＰＳ定咖塊娜轉(zhuǎn)換?１?ＴＰＵ測置板??｜?丨調(diào)士射??？?＾?ｊＵＨＦ３ｔ？＾ｔ??北斗／ｏｐｓ探空儀部分??圖１．２．２探空氣球?qū)嵨飯D（左）及其電路框圖（右）??（３）風廓線雷達??風廓線雷達的原理是通過發(fā)射不同角度的電磁波，接收由大氣波動影響的回??波信號，并基于多普勒頻移效應，對回波信號分析處理，得到大氣速度分量。如??圖（丨．２．３）所示。通常風廓線雷達采用三波束或五波束模式掃描［１３］。為提高探測??精度，一般都為五波束探測，這五個波束不是同時發(fā)射，每個時刻只有一個波束，??依次循環(huán)，完成一個掃描周期，最終在水平方向上投影，合成水平風常??幽Ｉ??圖１．２．３風廓線雷達實物圖（左）及其原理圖（右）??４??

?第１章綜述???測量儲存的風場數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)評估�，F(xiàn)有的測風塔多為折架式結(jié)構(gòu)和圓筒式結(jié)構(gòu)，??高度為１０￣１５０米［１１］。??（２）?探空氣球??探空氣球也是另一種常見的大氣風場探測儀器，如圖（１．２．２）所示。其采用??以氫氣、氦氣作為填充氣體，并且能攜帶探空儀器升入高空進行試驗。探空氣球??方法在平流層研宄領(lǐng)域具有重要意義，同時也為氣象學發(fā)展和天氣預告工作提供??可靠的氣象數(shù)據(jù)。探空氣球可攜帶的無線電探空儀種類較多，在做到探空氣球自??動充氣的同時，也要做到探空氣球的自動排氣用來限高和限速。探空氣球是一種??直接測量儀器，氣球上攜帶溫度、濕度、風速等傳感器，測量精度高、范圍廣。??目前氣象業(yè)務觀測中一般為上午８點和下午８點各放一次探空氣球，難以進行連??續(xù)觀測，且可回收探空氣球還沒有普及，測量成本較大。??化斗，ＧＰＳ＾收夭線??ｆｌｐ?＿＿Ｉ＿＿??丨驗ＧＰＳ定咖塊娜轉(zhuǎn)換?１?ＴＰＵ測置板??｜?丨調(diào)士射??？?＾?ｊＵＨＦ３ｔ？＾ｔ??北斗／ｏｐｓ探空儀部分??圖１．２．２探空氣球?qū)嵨飯D（左）及其電路框圖（右）??（３）風廓線雷達??風廓線雷達的原理是通過發(fā)射不同角度的電磁波，接收由大氣波動影響的回??波信號，并基于多普勒頻移效應，對回波信號分析處理，得到大氣速度分量。如??圖（丨．２．３）所示。通常風廓線雷達采用三波束或五波束模式掃描［１３］。為提高探測??精度，一般都為五波束探測，這五個波束不是同時發(fā)射，每個時刻只有一個波束，??依次循環(huán)，完成一個掃描周期，最終在水平方向上投影，合成水平風常??幽Ｉ??圖１．２．３風廓線雷達實物圖（左）及其原理圖（右）??４??


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