微波调制测风激光雷达新方法和激光雷达测量温度关键技术研究.pdf

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翩签嘲吼。学位论文作者繇掣雩皂白学位论文作者签名啤亏表锰字日期:川年露嗳‘签字日期:涕年鲁签字日期:纠。年占月弓日独创声学位论文版权使用授权书明荩怀徨手蹦顾9冶鹬碧叩模嚎关ㄖ或其他教育机构的学位或证书使本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含未获得用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,并同意以下事项:⒀S腥ūA舨⑾蚬矣泄夭棵呕蚧顾徒宦畚牡母从〖痛排蹋市论文被查阅和借阅。⒀?梢越宦畚牡娜ú炕虿糠帜谌荼嗳胗泄厥菘饨屑焖鳎梢采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权清华大学、、中国学术期刊馀贪电子杂志社”用于出版和编入《中国知识资源总库》,授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》。C艿难宦畚脑诮饷芎笫视帽臼谌ㄊ
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微波调制测风激光雷达新方法和激光雷达测量温度关键技术的研究摘要随着激光技术和光电子技术的发展,多普勒す饫状镆蚱渚哂懈呤空测量分辨率和晴空探测的优势已成为发展迅速的有效主动遥感手段,但它同时也存在功能单一,激光线宽窄和光学鉴频器复杂的局限性。本论文研究的微波调制测风激光雷达是一种新颖的多普勒测量激光雷达,它既具有直接探测大气中分子和气溶胶平均速度场的优势,也具有相干探测灵敏度高的优势。同时,开发了大气温度剖面测量子模块,实现了多普勒激光雷达测温功能。这将使得微波调制和测温结合起来做一套微波调制综合激光雷达具有重要意义。本论文主要有三个创新点:一是提出微波调制测风激光雷达,消除传统多普勒激光雷达对激光频率稳定性、线宽极窄的限制;二是将激光雷达的多普勒频率鉴别从光学鉴频转移到成熟的微波鉴频;三是开发基于单个碘分子滤波器的大气温度剖面测量功能模块,实现多普勒激光雷达测温功能,为多功能综合激光雷达发展铺路。本文的主要研究内容之一是构建了一套基于全光纤微波调制测风激光雷达实验测量系统,通过提取微波的多普勒频移可反演速度。微波调制测风激光雷达是把激光作为载波,以微波作为信号去探测目标的速度,经过微波调制的激光与目标相互作用后,不仅激光频率有多普勒频移而且微波的频率同样有多普勒频移,这样利用了混频,滤波,频谱分析等成熟的微波处理技术来检测多普勒信息,实现了从光学鉴频到微波鉴频的转换,摒除了昂贵复杂的光学鉴频器,消除了多普勒激光雷达对激光线宽的限制。结合利用激光调制技术、激光与目标相互作用,从理论和实验出发,证明强度调制激光作为探测信号用直接强度检测方法提取目标、大气速度场可行;而相位调制激光作为探测信号只能用相干检测方法提取多普勒信息。针对微波调制测风激光雷达的大气探测方式进行了模拟仿真,仿真结果表明该雷达/俣缺化对应频移,测速范围超过/2⒏隽宋⒉ǖ髦撇夥缂す饫状设计方案,探测方法和信噪比分析。与微波调制雷达的驱动系统联合调试实验得到线宽频率乓斓髦菩藕拧Hü庀宋⒉ǖ髦撇夥缂す饫状锸笛橄统的研究为该新型激光雷达的关键技术突破做了前沿性的探索。
本文第二个主要研究内容是设计并实现了基于单个碘分子滤波器的测温子模块。该模块安装于车载多普勒激光雷达,获取了温度剖面数据,拓展多普勒激光雷达的探测功能,为之走向多大气参数获取和应用铺了道路。在温度的反演中,提出了一种基于模型的大气温度反演方法。对比结果显示:激光雷达测量的叨认麓笃露绕拭媸萦胩娇绽状锏氖挡馐菀恢滦越虾茫阅诓量标准差为妫以内测量标准差为妫⒎治隽宋蟛罾丛础S隠波段探空雷达的联合对比测量中验证了该方法的可行