1 西南技术物理研究所, 成都 610041
2 四川水利职业技术学院 资源环境工程学院, 成都 611830
3 成都信息工程大学 光电工程学院, 成都 610225
为了研究云粒子微观特性, 采用激光成像技术、高斯光束匀化处理技术、高分辨率阵列探测器以及图像抽帧还原算法, 研制出激光云粒子成像仪。通过地面模拟测量及实际飞行试验, 对仪器性能进行了测试。结果表明, 研制仪器可实现对25 μm~1550 μm云粒子的成像, 分辨率为25 μm, 粒径测量误差小于9.5%; 实测的冰晶粒子形态符合云粒子自然分布规律, 粒子尺度谱符合指数分布, 决定系数在0.58~0.97之间。该研制仪器可为云降水微物理研究提供基础观测数据。
激光技术 云粒子探测仪 线阵成像 尺度谱 laser technique cloud particle probe linear array imaging scale spectrum
1 西南技术物理研究所，四川 成都 610041
2 通化师范学院 物理学院，吉林 通化 134002
脉冲相干激光测风雷达的信号处理通常采用固定长度距离门来划分时域信号，并对每个距离门做频谱计算得到风速度信息。固定距离门的时域信号划分存在中频信号的非整周期截断问题，导致频谱计算时出现频谱泄露而产生误差，使信噪比降低。文中提出一种基于整周期搜索的自适应距离门划分方法，距离门长度与中频信号频率自适应，可实现对信号的整周期分割，避免了频谱处理中的频谱泄漏问题，提高频率估计精度。采用加噪信号对两种处理方法进行仿真分析，结果表明：自适应距离门方法可实现距离门长度与中频信号的自适应，在信噪比小于1 dB时，该方法得到的中频估计误差是固定距离门方法的38%~62%。应用自适应距离门方法处理激光测风雷达系统获取的转盘和风场回波信号，与使用固定距离门方法的激光测风雷达测量结果进行对比。结果表明：自适应距离门划分方法对转盘速度测量的均方根误差为0.19 m/s，大气风速度测量的距离分辨率在7~11 m之间变化，均优于固定距离门方法，实现了激光测风雷达的距离分辨率和测量精度的提升。
激光测风雷达 整周期搜索 自适应距离门 信号处理 wind lidar full cycle search adaptive range-gate signal processing 红外与激光工程
2021, 50(12): 20210187
1 中国人民解放军海军装备部驻西安地区军事代表局, 陕西 西安 710043
2 西南技术物理研究所, 四川 成都 610041
3 北京理工大学物理学院, 北京 100081
激光多普勒测风雷达利用光学多普勒效应来实现对大气风场的非接触式测量,具有空间和时间分辨率高、覆盖范围大、探测距离大等特点,适用于可移动式、地基、车载、舰载、机载、星载等多种承载平台,广泛应用于飞行安全、风力发电、气象预报、科学研究、****等领域。针对当前激光多普勒测风雷达的主要体制、技术、国内外最新研究成果及应用进行介绍和分析,对直接探测和相干探测2种测风技术进行比较,并对激光多普勒测风技术的发展趋势、研究热点和应用拓展进行简要总结。
遥感 测风 多普勒激光雷达 风场 激光与光电子学进展
2019, 56(18): 180003
使用窄线宽激光源是相干激光测风雷达的特点之一, 为研究不同线宽光源对激光测风雷达探测性能的影响, 从理论分析了在相干长度内、外时光电流的频谱特性, 并使用了三种不同线宽的激光光源进行实际的测风试验。试验表明, 当探测距离在相干长度外时, 100 kHz光源信号幅度较1 kHz与10 kHz两种光源下降约30%, 且部分频段噪声幅度较大。因此, 在设计中近程激光测风雷达, 可考虑选用百kHz量级线宽光源, 而探测距离数千米甚至更远的中远程激光测风雷达, 可考虑选取几十千赫级线宽光源。
线宽 相位噪声 相干长度 激光测风雷达 linewidth phase noise coherent length wind lidar 红外与激光工程
2019, 48(4): 0406005
针对民航机场风切变探测与预警, 研制了一种三维激光测风雷达, 采用全光纤脉冲相干探测体制, 结合独特的二维光电扫描球结构, 以及新的下滑道扫描策略, 以实现下滑道迎头风与侧风切变的同时测量.2018年3月至11月, 利用该雷达在多种工作模式下对攀枝花机场上空及周边大气风场与风切变进行了探测试验.在3月至5月大风季节期间, 机组报告的风切变均成功被雷达探测.对一次典型个例进行分析, 验证了所研制的三维激光测风雷达在地理气候复杂的高原机场风切变探测的有效性.
激光测风雷达 低空风切变 民航机场 下滑道 侧风 迎头风 Wind lidar Low level wind shear Civil aviation airport Glide path Crosswind Headwind
为了精确测量3维大气风场的实时状态以应对低空风切变在飞行器起降过程中给飞行器带来的多种问题, 通过DBS四波束风场反演原理研制出一款小型3维激光测风雷达。对大气风场展开测风试验并获取风场数据, 并与其它标准测风设备的数据对比分析。结果表明, 雷达在晴天和阴天的天气状况下均可以实现对大气风场的有效测量, 风速均方根误差0.42m/s, 风向均方根误差5.33°。该雷达精准度高、稳定性好, 对风切变预警、中低空大气风场预报及飞行器飞行通道的风场测量具有重要作用。
激光技术 激光测风雷达 3维扫描 相干探测 多普勒 风场比对 laser technique wind lidar 3-D scanning coherent detection Doppler contrast of wind field
1 中国人民解放军驻二〇九所军事代表室, 成都 610041
2 西南技术物理研究所, 成都 610041
为了分析影响平衡式相干探测信噪比的因素, 采用数学模型推导了平衡式相干探测原理和信噪比公式, 分析了影响平衡式相干探测信噪比的因素,研制了用于相干激光雷达信号接收的平衡式激光探测器, 并通过相干雷达样机, 完成了气溶胶粒子发生米氏散射回波信号的探测。结果表明, 研制的平衡式激光探测器具有非常低的噪声和高探测灵敏度特性, 能较好地探测出大气中气溶胶粒子发生米氏散射的激光回波信号。
激光技术 探测器 平衡式相干探测 相干激光雷达 多普勒频移 laser technique detector balance coherent detection coherent lidar Doppler frequency shift
1 中国人民解放军驻第二〇九所军事代表室,成都 610041
2 博彦科技(上海)有限公司, 上海 201204
3 西南技术物理研究所,成都 610041
为了实现非视线激光大气散射通信, 根据米氏散射理论, 建立了非视线通信链路模型, 研究了1.06μm激光的大气散射通信技术,分析了激光接收功率、激光发射功率、激光发散角、接收视场、探测器灵敏度、发射机倾角、接收机倾角、大气衰减和通信距离的关系, 并搭建了试验原理系统, 进行了1km距离的散射通信试验, 获得了激光散射信号。结果表明, 在一定的天气条件下, 采用波长为1.06μm的红外激光进行信号传输, 有望实现远距离的大气散射通信。
大气光学 非视线 大气散射通信 米氏散射 红外激光 atmospheric optics non-line-of-sight scattering communication in atmosphere Mie scattering infrared laser
为了研究受激布里渊散射(SBS)效应对单频脉冲光纤激光放大器中脉冲波形的影响，搭建了单频脉冲光纤激光放大器系统。实验中观测到脉冲波形的畸变，继续提高功率，畸变处出现峰值功率极高的尖峰，分析认为，光纤中的二次受激布里渊散射导致了尖峰脉冲出现。为验证这一结论，构造包含二阶Stokes波的耦合方程组，进行了模拟仿真。结果表明，该峰值功率极高的尖峰正是SBS效应的二阶Stokes波。
激光技术 光纤激光放大器 受激布里渊散射 波形畸变 二阶Stokes波 laser technique fiber laser amplifier stimulated Brillouin scattering waveform distortion second-order Stokes wave
1 成都理工大学 管理科学学院，成都 610059
2 西南技术物理研究所，成都 610041
为了研究机载测风激光雷达对机下空域3维风场分布进行探测的问题，基于陆基测风激光雷达建立风场模型，采用Levenber-Marquardt(LM)最小二乘法优化径向速率，与传统反演算法进行了仿真对比。结果表明，机载测风激光雷达的工作原理和扫描方式与陆基测风激光雷达类似，不同的是，机载测风激光雷达不仅受飞机速度干扰，而且存在飞机飞行状态不稳定性影响、地球曲率影响、地面强散射回波干扰、地面杂波干扰等特有误差来源，使得风场反演难度更大；而LM最小二乘法具有Newton-Gaussian最小二乘法的快速收敛特性和梯度下降法的保证收敛特性，能满足风场快速和准确的反演。相关结果对测风激光雷达的优化具有参考价值。
激光技术 机载 测风激光雷达 速度方位显示技术 LM最小二乘法 laser technique airborne wind lidar velocity azimuth display technique LM least square method
