基于边缘技术多普勒测风激光雷达鉴频系统研究

论文摘要

低空风切变是飞机起飞和降落阶段的重要危险因素,监测低空风切变,并进行主动避让至关重要。多普勒测风激光雷达是监测低空风切变的有效手段,可以做到全范围实时监测,得到广泛应用。鉴频系统是多普勒测风激光雷达核心组成部件,高性能的鉴频系统是准确测量风切变的基础。本论文主要研究直接探测多普勒测风激光雷达的鉴频系统。首先,设计了以F-P标准具为核心的单边缘鉴频系统,考虑了各种因素对标准具透过率函数的影响,并进行了仿真计算,给出了优化设计参数。实验上使用稳频窄线宽光纤激光器与线阵CCD利用多光束干涉法对标准具特性进行检测,检测结果与设计基本吻合。其次,研究了激光器特性对鉴频系统地影响,实验上测得该激光器工作于基横模单纵模状态,M2值为1.33,跳模概率小于1%。再次,使用角度调谐的方法利用该激光器扫描得到标准具透过率曲线,在此透过率曲线的基础上选定工作点并利用单边缘技术对硬目标的转速进行了测量,获得了初步测量结果并与光电计数法测得的速度进行比较,测量结果趋势基本吻合。最后,理论上计算并设计了双边缘技术中的关键分光部件,此部件通过改变激光入射到标准具表面的角度进而实现双边缘技术。总之,理论计算与实验测量表明基于角度调谐方法的鉴频系统可用于直接探测多普勒测风激光雷达,相比于厚度调谐方法它调谐结构简单,成本低廉,容易实现。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文背景
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 国外研究进展
• 1.2.2 国内研究进展
• 1.3 课题来源及论文主要工作
• 第2章 激光多普勒测风雷达基本原理
• 2.1 引言
• 2.2 测风雷达原理
• 2.3 单边缘技术
• 2.4 双边缘技术
• 2.5 本章小结
• 第3章 单边缘鉴频系统设计与实验
• 3.1 引言
• 3.2 F-P标准具参数对鉴频系统影响
• 3.2.1 反射率R 的影响
• 3.2.2 标准具缺陷参数的影响
• 3.2.3 自由光谱区的影响
• 3.2.4 入射角度对透过率的影响
• 3.2.5 孔径精细度的影响
• 3.2.6 F-P标准具测量
• 3.3 单纵模激光特性对鉴频系统的影响
• 3.3.1 纵模影响
• 3.3.2 横模影响
• 3.4 步进电机精度对鉴频系统影响
• 3.5 单边缘实验
• 3.5.1 实验方案
• 3.5.2 测量结果与数据处理
• 3.6 本章小结
• 第4章 双边缘鉴频系统设计
• 4.1 引言
• 4.2 双边缘鉴频系统设计
• 4.2.1 调谐装置设计
• 4.2.2 误差分析
• 4.3 分光装置检测
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学位论文
• 致谢