多普勒激光雷達配合型工作方式與相位調(diào)制探測方法的研究.pdf

1、多普勒激光雷達是運動目標(biāo)速度測量和大氣風(fēng)場遙感的有力工具，根據(jù)工作原理其主要可分為直接探測多普勒激光雷達和相干探測多普勒激光雷達。這兩類多普勒激光雷達各自存在顯著優(yōu)勢的同時，各自也存在著難以克服的缺點。相干探測多普勒激光雷達由于其采用的探測方法對激光器線寬、頻率穩(wěn)定性以及光學(xué)對準(zhǔn)的要求相當(dāng)苛刻，使其難于在工程實踐中廣泛應(yīng)用；直接探測多普勒激光雷達受其邊緣濾波器透過率特性的限制，較難獲得到很高的測量精度和測量范圍。針對兩種多普勒激光雷達各

2、自存在的問題，本文從以下兩個方面展開研究：
　　首先，本文提出了直接探測米散射多普勒測風(fēng)激光雷達的配合型工作方式，并對其進行了理論研究。該直接探測多普勒激光雷達采用的是Fabry-Perot干涉儀雙邊緣技術(shù)，其配合型工作方式是結(jié)合其自身的風(fēng)速測量誤差分布特點，根據(jù)實際風(fēng)速測量的需要，通過動態(tài)調(diào)整出射激光頻率在Fabry-Perot干涉儀透過率譜上的位置，來保證能始終利用Fabry-Perot干涉儀透過率曲線最高測量精度的部分對風(fēng)速

3、進行測量，從而達到提高測量精度、拓寬測量范圍的目的。
　　理論上證明，對于采用配合型工作方式的普通Fabry-Perot雙邊緣米散射直接探測多普勒測風(fēng)激光雷達，其鑒頻系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計可以不必考慮風(fēng)速測量范圍的限制來盡量提高測量精度，還可根據(jù)實際風(fēng)速的需要調(diào)整自身的狀態(tài)來獲得最佳的測量結(jié)果。
　　理論上證明，利用配合型工作方式設(shè)計的一種特殊角度調(diào)諧 Fabry-Perot雙邊緣米散射直接探測多普勒測風(fēng)激光雷達，與普通Fabry-

4、Perot雙邊緣米散射直接探測多普勒測風(fēng)激光雷達相比，具有相同的最小測量誤差，但卻具有更小的測量誤差范圍，兩者的誤差范圍相差5.76倍。
　　其次，本文提出了一種新的多普勒頻移探測方法。該方法通過相位調(diào)制器使信號光在原有頻率成分（載波）的基礎(chǔ)上產(chǎn)生正負一階邊帶，再通過在Fabry-Perot干涉儀對載波和邊帶的振幅和相位進行調(diào)整，使載波與邊帶產(chǎn)生固定頻率的拍頻信號，利用此拍頻信號進行信號光多普勒頻移測量。由于產(chǎn)生此拍頻信號的光波是

5、同一信號光的不同頻率成分，它們經(jīng)歷相同的時間和空間，且相干性不會因探測距離的增加而降低，所以無需過高要求系統(tǒng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)和光源，自然可以獲得極高的拍頻效率，這就從根本上解決了相干探測方法存在的問題。
　　理論與實驗研究同時證明，信號光相位調(diào)制拍頻信號的振幅與相位參量都可以用來進行多普勒頻移測量；與Fabry-Perot干涉儀單邊緣技術(shù)相比，拍頻信號相位參量多普勒頻移測量方法的測量范圍提高了1倍，且無需對信號光進行能量檢測。
　

6、　實驗上，實現(xiàn)了利用基于LabView可視化語言與數(shù)據(jù)采集卡的虛擬數(shù)字鎖相放大器，對相位調(diào)制拍頻信號的振幅與相位兩個多普勒鑒頻參量的提??；證明了相位調(diào)制拍頻信號振幅參量多普勒頻移測量方法比普通邊緣技術(shù)多普勒頻移測量方法具有更高的抗外界電磁干擾能力，當(dāng)外界具有高電磁干擾時，此拍頻信號方法的測量精度可以比邊緣技術(shù)方法的測量精度高約10倍左右。
　　理論上，推導(dǎo)出相位調(diào)制拍頻信號多普勒頻移測量方法的測量誤差公式；其仿真結(jié)果與實驗結(jié)果相吻