1 中国科学技术大学核探测与核电子学国家重点实验室, 安徽 合肥 230026
2 中国科学技术大学中国科学院临近空间重点实验室, 安徽 合肥 230026
研制了应用于中高层大气(15~60 km)多普勒测风激光雷达(DWL)的双模式数据获取系统(DMDAQ)。该系统技术指标达到国际先进水平，不仅满足了中高层大气多普勒测风激光雷达线性动态探测范围大、时空分辨率高的技术要求，而且以其集成度高、可重构的特性满足当前车载DWL 研制中小型化和更新升级的需要。为了验证该数据获取系统的性能，进行了风场观测对比实验。结果显示，车载DWL 系统对风场观测的结果与气球探测结果在重叠区域(15~35 km)上基本一致。同时，对车载DWL 系统的实时回波信号分析显示，在60 km 探测高度上的风速测量精度为6 m/s。
遥感 测风激光雷达 双边缘技术 数据获取 大动态范围
Author Affiliations
Abstract
1 Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230031, China
2 Computer Department, Anhui Finance and Trade Vocational College, Hefei 230031, China
3 School of Earth and Space Sciences, University of Science and Technology of China, Hefei 230031, China
4 Korea Atomic Energy Research Institute, Daejeon, 305-353 Korea
We describe a mobile molecular Doppler wind lidar (DWL) based on double-edge technique for wind measurement of altitudes ranging from 10 to 40 km. A triple Fabry-Perot etalon is employed as a frequency discriminator to determine the Doppler shift proportional to the wind velocity. The lidar operates at 355 nm with a 45-cm-aperture telescope and a matching azimuth-over-elevation scanner that provides full hemispherical pointing. To guarantee wind accuracy, a single servo loop is used to monitor the outgoing laser frequency to remove inaccuracies due to the frequency drift of the laser or the etalon. The standard deviation of the outgoing laser frequency drift is 6.18 MHz and the corresponding velocity error is 1.11 m/s. The wind profiles measured by the DWL are in good agreement with the results of the wind profile radar (WPR). Evaluation is achieved by comparing at altitudes from 2 to 8 km. The relative error of horizontal wind speed is from 0.8 to 1.8 m/s in the compared ranges. The wind accuracy is less than 6 m/s at 40 km and 3 m/s at 10 km.
多普勒测风激光雷达 双边缘技术 法布里-泊罗标准具 瑞利散射 风场 120.0120 Instrumentation, measurement, and metrology 140.0140 Lasers and laser optics 280.0280 Remote sensing and sensors Chinese Optics Letters
2010, 8(8): 726
1 哈尔滨工业大学 光电子技术研究所,哈尔滨 150001
2 哈尔滨工业大学 控制与仿真中心,哈尔滨 150001
3 宜春学院 理工学院,宜春 336000
提出一种双边缘测风激光雷达法布里-珀罗(F-P)干涉仪鉴频器的非线性比例-积分-微分(PID)控制方法。该方法利用发射激光在鉴频器校正通道的透过率作反馈进行F-P干涉仪鉴频器的稳定控制。首先给出F-P干涉仪鉴频器透过率的控制模型,由气压波动、温度变化和振动等引起的外界扰动被等效为施加在致动压电陶瓷上的扰动外力。为了进行扰动补偿,用新增的反正切函数设计了非线性PID控制器,提高了经典PID控制方法的反馈增益。仿真结果显示,与经典的PID控制相比,新的非线性控制方法可以使F-P干涉仪鉴频器在更短的时间达到稳定状态,并且稳态误差约减小到原来的1/20。
测风激光雷达 双边缘技术 鉴频器 非线性比例-积分-微分控制 压电陶瓷 lidar double-edge technique frequency discriminator nonlinear proportional-integral-derivative control piezoelectric ceramics
1 中国科学院 安徽光学精密机械研究所,安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学 和空间科学学院,安徽 合肥 230026
3 韩国原子能研究所 量子光学实验室,韩国 大田
研制了用于瑞利散射多普勒激光雷达的三通道法布里珀罗(Fabry-Prot)标准具,采用He-Ne激光对其进行检测,利用产生的干涉图案检测了两个边缘通道的厚度差为74.70±2.24 nm,对应频谱间隔为5.05±0.07 GHz;锁定通道与其中一个边缘通道的厚度差为27.16±1.90 nm,对应频谱间隔为1.79±0.07 GHz。数值模拟结果表明:采用脉冲能量350 mJ波长355 nm、重复频率30 Hz的激光器和口径450 mm的望远镜,利用该标准具作为鉴频器,在0-40 km高度,瑞利散射多普勒激光雷达的径向风速测量误差小于2.53 m/s,测量精度比理论设计值2.94 m/s提高了约14.1%。
分子散射 双边缘技术 测风激光雷达 法布里珀罗标准具 干涉条纹
1 南昌航空工业学院,江西 南昌 330034
2 浙江大学光学仪器国家重点实验室光及电磁波研究中心,浙江 杭州 310027
提出了采用双边缘技术测量光纤传感中的布里渊频移。利用边上信号对频率变化敏感的特点,提出了边缘检测技术,并通过设置最佳的工作点,使系统工作在最敏感的点上。理论分析表明,为实现0.5 MHz的布里渊频移测量精度,通过测量最大信号的常规检测所需的信噪比为65.1127 dB,单边缘检测所需的信噪比为37 dB,双边缘检测所需的信噪比为31 dB。所以,在相同信噪比下,与常规检测技术相比,边缘检测技术可以大大提高布里渊频移测量精度。
光纤光学 分布式光纤传感 布里渊频移 双边缘技术 相干检测
