基于分子濾波器和Fe玻爾茲曼方法的高低空測風(fēng)測溫激光雷達(dá)系統(tǒng).pdf

1、多普勒激光雷達(dá)作為一種主動式光學(xué)遙感設(shè)備,具有實時性好、探測靈敏度高等優(yōu)點,可以連續(xù)進(jìn)行高時空分辨率的大氣風(fēng)場、溫度等的垂直剖面探測,為中層、中高層大氣探測提供了有效手段。本文研究內(nèi)容包括基于分子濾波器的高低空多普勒測風(fēng)、測溫激光雷達(dá)系統(tǒng)軟件開發(fā)和探測方法研究,以及中高層(30-115 km)Fe玻爾茲曼測溫激光雷達(dá)改進(jìn)系統(tǒng)研制。
　　 本文從車載多普勒測風(fēng)激光雷達(dá)業(yè)務(wù)化運行的需求出發(fā),采用模塊化的程序設(shè)計思想,設(shè)計并完成了界面

2、友好、功能強(qiáng)大的激光雷達(dá)業(yè)務(wù)化軟件——數(shù)據(jù)采集、處理及控制軟件(DAAS)。結(jié)合雷達(dá)系統(tǒng)的具體性能參數(shù),制定了各種數(shù)據(jù)產(chǎn)品的測量流程及數(shù)據(jù)存儲格式等,實現(xiàn)了風(fēng)廓線、徑向風(fēng)速PPI、徑向風(fēng)速RHI及海面風(fēng)場等多種數(shù)據(jù)產(chǎn)品的業(yè)務(wù)化測量,為我國第一臺車載測風(fēng)激光雷達(dá)的研制和業(yè)務(wù)化應(yīng)用作出了重要科學(xué)貢獻(xiàn)。
　　 為提高測風(fēng)激光雷達(dá)的風(fēng)場測量精度,本文對徑向風(fēng)速測量的三大前提假設(shè)(大氣水平均勻、垂直風(fēng)為零及各個方向靈敏度相同)進(jìn)行了詳細(xì)分

3、析和理論計算,計算出了每個前提假設(shè)對徑向風(fēng)速測量精度的影響,指出了目前的徑向風(fēng)速反演方法的局限性和適用范圍。
　　 為了同時獲取中高層大氣的風(fēng)場和溫度,本文采用基于Na-DEMOF雙邊緣鑒頻技術(shù)的多普勒測風(fēng)、測溫激光雷達(dá),同時測量了10-50 km的大氣風(fēng)場和溫度。本文對Na-DEMOF的測量原理及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的論述,并編寫完成了基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集軟件,同時反演得到了大氣風(fēng)場和溫度。
　　 為了研究全球熱力系

4、統(tǒng)、大氣動力學(xué)、重力波等大氣現(xiàn)象,Chu et al.于1999年研制完成了一臺Fe玻爾茲曼測溫激光雷達(dá)系統(tǒng),并于1999-2001和2002-2005分別在南極洲的Amundsen-Scott(90°S)科考站和Rothera科考站(67.5°S)進(jìn)行了長期觀測。本文在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)進(jìn)行了升級和改進(jìn),結(jié)合系統(tǒng)的具體光學(xué)結(jié)構(gòu)和性能參數(shù),采用更改Pinhole大小來匹配發(fā)射角和視場角,以及Fabry-Perot標(biāo)準(zhǔn)具

5、與窄帶干涉濾光片相結(jié)合的方法,有效的濾除了白天背景光,實現(xiàn)了白天探測。
　　 為了提高脈沖激光器的穩(wěn)定性和光束質(zhì)量,更換了種子激光器,設(shè)計完成了種子注入及種子激光器穩(wěn)頻系統(tǒng)。采用高精度的波長計、PID控制方法以及FlipperMirror相結(jié)合,實現(xiàn)了利用一臺波長計和掃描Fabry-Perot干涉儀交替控制和監(jiān)測兩臺種子激光器,同時編寫完成了基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集軟件。升級后的Fe玻爾茲曼測溫激光雷達(dá)系統(tǒng)在美國Boulde