相干激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)大氣探測(cè)方法實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、相干激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)具有較高的空間角分辨率與速度分辨率，可有效探測(cè)晴空條件下的低空風(fēng)場(chǎng)信息，具有重要的科研與社會(huì)意義。本文主要對(duì)相干激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)的大氣探測(cè)方法進(jìn)行研究。
　　首先，對(duì)相干激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)國(guó)內(nèi)外的研究進(jìn)展進(jìn)行詳盡的綜述與分析。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外相干激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)發(fā)展的分析可知，1.55μm相干激光雷達(dá)是目前最具發(fā)展空間與使用價(jià)值的測(cè)風(fēng)雷達(dá)。針對(duì)目前1.55μm相干激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)作用距離有限的問(wèn)題，提出通過(guò)相干積累的方法提高接收信號(hào)的信

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

3、速度檢測(cè)方法的分析對(duì)比，提出激光雷達(dá)測(cè)速能力檢測(cè)實(shí)驗(yàn)方案。建立以變頻調(diào)速電機(jī)為核心的測(cè)速性能檢測(cè)裝置，并選取最大似然離散譜峰值估計(jì)的方法對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行頻域估計(jì)。針對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)速范圍確定電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)行了16組相干激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)測(cè)速實(shí)驗(yàn)。由于回波信號(hào)較強(qiáng)，其回波信號(hào)無(wú)需進(jìn)行積累，因此對(duì)回波信號(hào)直接進(jìn)行頻譜估計(jì)。將電機(jī)轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)測(cè)速結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，分析系統(tǒng)測(cè)速精度，得到測(cè)速誤差的均方根為0.26m/s。同時(shí)，對(duì)硬目標(biāo)影響激光信號(hào)的位相進(jìn)行分析，說(shuō)

4、明回波信號(hào)無(wú)法進(jìn)行相干積累，并對(duì)其原因進(jìn)行分析。
　　最后，開(kāi)展激光測(cè)風(fēng)裝置外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究。分別采用光纖光環(huán)形器與空間光環(huán)形器，對(duì)500m固定目標(biāo)回波信號(hào)進(jìn)行相干積累，有效地將回波信號(hào)信噪比提升20dB，初步驗(yàn)證了相干激光測(cè)風(fēng)信號(hào)相干積累的可行性；對(duì)比分析光纖光環(huán)形器與空間光環(huán)形器的優(yōu)缺點(diǎn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證光纖光環(huán)形器對(duì)信號(hào)相干積累的限制；詳細(xì)測(cè)定激光器種子源的拖尾與本底噪聲功率，對(duì)大氣風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行探測(cè)，并在頻域上對(duì)雷達(dá)回波信號(hào)進(jìn)行修正。通