全光纤激光相干测速技术研究

论文摘要

全光纤激光相干测速技术,利用外差检测方式检测激光的多普勒频移来测量物体的运动速度,速度的测量精度高,采用全光纤结构,系统的集成化程度高,稳定性好。全光纤激光相干测速技术在低空风切变的监测,汽车的测速与定位等领域有广阔的应用前景。文章重点介绍了一种高精度1.55μm全光纤激光相干测速实验系统。实验系统采用光纤激光器作为激光源,利用光纤激光放大器进行发射功率的放大,利用光纤环行器与望远镜构成收发合置的光学天线,采用高速PIN光电探测器进行信号的检测,所有光学器件由单模光纤连接。数据处理采用快速傅立叶变换（FFT）频谱分析方法检测信号多普勒频移。利用该系统进行了硬靶的高精度测速以及水蒸汽流速率的检测。在硬靶测速实验时,主要选取了铝片转靶,砂纸转靶以及砂轮转盘三种硬靶目标,测速的范围为0.4 m/s-17 m/s,硬靶速率测量的相对误差<1%。由于电机自身转速误差的影响,低速时硬靶的速率测量误差为～mm/s,高速时硬靶的速率测量误差为～cm/s。同时还进行了水蒸汽流速率测量实验,实验结果证明了系统对气溶胶速率的良好探测能力。最后对大气风场探测进行了模拟,对不同的脉冲能量,不同的天气条件,以及不同的本振光功率条件下多普勒相干测速激光雷达大气探测的信噪比进行详细的分析,并提出实验系统的改进措施,为系统的下一步工程化实现打下基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.1.1 课题的背景
• 1.1.2 课题的意义
• 1.2 国内外动态
• 1.2.1 国外多普勒激光相干测速技术的发展
• 1.2.2 国内多普勒激光相干测速技术的发展
• 1.3 论文的主要工作
• 2 多普勒激光相干测速基本原理
• 2.1 引言
• 2.2 激光多普勒相干测速基本原理
• 2.3 激光相干的关键技术
• 2.4 激光相干检测信噪比分析
• 2.4.1 理论计算信噪比
• 2.4.2 系统实际设计信噪比
• 2.5 激光相干测速数据处理的方法
• 3 全光纤激光相干测速实验系统
• 3.1 全光纤激光相干测速实验系统设计
• 3.1.1 设计方案原则
• 3.1.2 总体设计方案
• 3.1.3 整机系统以及性能指标
• 3.1.4 激光发射系统
• 3.1.5 外差相干接收系统
• 3.1.6 系统噪声分析
• 3.1.7 系统下一步改进重点
• 3.2 激光相干测速实验
• 3.2.1 转靶测速实验
• 3.2.2 砂轮转盘测速实验
• 3.2.3 水蒸汽流测速实验
• 3.2.4 RIN 噪声的抑制
• 4 大气风场探测的模拟
• 4.1 基础理论分析
• 4.2 系统大气风场探测能力的模拟
• 4.3 大气风场探测数据处理算法研究
• 5 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果