相干激光測風(fēng)雷達大氣探測方法實驗研究.pdf

1、相干激光測風(fēng)雷達具有較高的空間角分辨率與速度分辨率，可有效探測晴空條件下的低空風(fēng)場信息，具有重要的科研與社會意義。本文主要對相干激光測風(fēng)雷達的大氣探測方法進行研究。
　　首先，對相干激光測風(fēng)雷達國內(nèi)外的研究進展進行詳盡的綜述與分析。通過對國內(nèi)外相干激光測風(fēng)雷達發(fā)展的分析可知，1.55μm相干激光雷達是目前最具發(fā)展空間與使用價值的測風(fēng)雷達。針對目前1.55μm相干激光測風(fēng)雷達作用距離有限的問題，提出通過相干積累的方法提高接收信號的信

2、噪比，結(jié)合非相干積累提高接收信號的探測概率，從而提高系統(tǒng)探測性能的想法。
　　其次，詳述了相干激光測風(fēng)雷達的基本探測理論。針對弱信號接收，介紹了回波信號的相干積累與非相干積累原理和方法。激光雷達回波信號的速度信息以多普勒頻移的形式表示，因此，對傅里葉經(jīng)典譜分析進行了論述，內(nèi)容主要有信號與噪聲的傅里葉變換形式、傅里葉變換對信噪比的提高以及頻譜泄漏的相關(guān)理論等。
　　再次，為了對相干激光測風(fēng)雷達的測速能力進行評估，結(jié)合國內(nèi)外雷達

3、速度檢測方法的分析對比，提出激光雷達測速能力檢測實驗方案。建立以變頻調(diào)速電機為核心的測速性能檢測裝置，并選取最大似然離散譜峰值估計的方法對回波信號進行頻域估計。針對雷達系統(tǒng)測速范圍確定電機轉(zhuǎn)速，進行了16組相干激光測風(fēng)雷達測速實驗。由于回波信號較強，其回波信號無需進行積累，因此對回波信號直接進行頻譜估計。將電機轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)測速結(jié)果進行對比，分析系統(tǒng)測速精度，得到測速誤差的均方根為0.26m/s。同時，對硬目標影響激光信號的位相進行分析，說

4、明回波信號無法進行相干積累，并對其原因進行分析。
　　最后，開展激光測風(fēng)裝置外場實驗研究。分別采用光纖光環(huán)形器與空間光環(huán)形器，對500m固定目標回波信號進行相干積累，有效地將回波信號信噪比提升20dB，初步驗證了相干激光測風(fēng)信號相干積累的可行性；對比分析光纖光環(huán)形器與空間光環(huán)形器的優(yōu)缺點，通過實驗驗證光纖光環(huán)形器對信號相干積累的限制；詳細測定激光器種子源的拖尾與本底噪聲功率，對大氣風(fēng)場進行探測，并在頻域上對雷達回波信號進行修正。通