相干多普勒激光雷达技术

与传统微波雷达相比,激光雷达具有更高的空间分辨率和灵敏度。激光多普勒雷达作为有效的测速手段,已在遥感空中风场方面得到具体应用。该文介绍了国内外相干多普勒激光雷达的发展情况,并对固态相干多普勒激光雷达的基本组成、工作原理、回波机制以及检测信噪比作了比较详细的论述和分析。文中还结合固态相干激光雷达的特点对该领域的发展趋势作了展望：机载、星载相干激光多普勒雷达技术将得到迅速发展,在军事和民用方面有着广阔的应用价值。     

远程多普勒激光雷达

本文介绍了美国林肯实验室远程“火池”多普勒激光雷达的性能和应用,主要叙述了改进型“火池”雷达及其识别假目标试验。     

CO2相干激光多普勒测速的研究

叙述运用ＣＷＣＯ２相干激光雷达测量运动目标速度的原理和实验装置，并给出了实验结果，测速精度为０．０１ｍ／ｓ速度分辨率为０．０５ｍ／ｓ，外场实验表明，对于漫射目标，作用距离２００ｍ。     

相干激光雷达探测目标研究

介绍了相干激光雷达对目标探测的技术优点和现状,阐述了基于相干探测技术构建的激光雷达的主要组成,并给出了整个系统的工作流程。文中基于1.5μm光纤光学技术搭建了相干激光雷达系统。通过搭建的系统进行了外场试验,获得了外场目标的成像图和不同汽车引擎振动产生的微多普勒谱特征图。通过试验证明了相干激光雷达系统可以在目标自动侦察识别方面发挥重要作用。     

相干多普勒测风激光雷达研究

研制了一套用于大气风速测量的1.064 μm全固态相干激光雷达系统。该系统采用种子注入 Nd∶YAG脉冲单频激光器作为光源。激光的脉冲能量为0.5 mJ,脉冲宽度(FWHM)为80 ns。 利用40 m处的转轮进行了硬靶速度校正实验(速度测量误差的方差为0.23 m/s),并对大气视向风速进行了测量(探测距离可 到达400 m)。在对系统进行初步优化后,获得了30 ～ 870 m的视向风速分布曲线。     

外差探测激光多普勒雷达系统性能研究

外差探测激光多普勒雷达由于具有测速精度高和可辨别速度方向等优点而广泛应用于测风、流体测速以及着陆导航等方面。对外差激光多普勒雷达的测速原理、误差来源和系统噪声进行了分析,并给出了系统的信噪比和探测精度的仿真结果。搭建了全光纤外差探测激光多普勒系统。用研制的高精度运动目标模拟器开展了相关测速实验。实验结果表明,速度测量精度优于6.7 cm/s,而且与速度大小基本无关,这与仿真分析结果相一致。     

相干多普勒激光测风雷达系统研究及验证

介绍了相干多普勒激光测风雷达国内外现状,阐述了其基本原理,给出了风速矢量反演计算过程,并对相干多普勒激光测风雷达系统方案进行了分析,利用标校塔以及超声波测风仪等设备进行了风场测量验证实验,获得了80~600m处的风场信息,验证了测风系统的设计指标。     

运动目标微多普勒效应的激光雷达相干探测及特征提取

在建立口径为200mm,波长为1550nm的全光纤型激光相干雷达探测系统的基础上,展开对运动目标微多普勒效应的实验研究。对实验获取信号进行频谱分析和时域-频域联合分析的结果表明,时间-频域联合分析方法可有效地提取运动目标的微多普勒效应特征,从而得到目标在20～2000Hz的振动特征。利用这些特征可区分和识别不同运动目标,为目标的探测、分类和识别提供了一条有效的途径。     

基于相干激光雷达的激光微多普勒探测

利用相干激光雷达探测目标微动特性技术是一种以单频激光为光源,用外差探测的方式实现对低速、低频多个运动物体进行微多普勒信息提取和识别的技术.以波长为1.064 μm的窄线宽单块激光器为光源,发射激光经过模拟长距离传输的4 km的光纤延迟,照射到以扬声器的发声单元和电动平移台为目标的微动物体上,目标反射的激光会聚进入单模光纤,参考光与信号光通过3 dB光纤合束器线性耦合进入同一根光纤,并在探测器表面进行相干.用于接收相干信号的探测器的接入方式为光纤输入,带宽为3.5 GHz.利用时间-频率域联合描述的方法对数/模(A/D)采样后的数据进行分析.在4 km光纤延迟时,本系统最低探测速度为0.5 mm/s,速度分辨率达到毫米每秒量级,频率分辨率达到千赫兹量级.利用微多普勒信息探测技术,实现了探测物体表面的微动状态信息和识别运动状态的目的.     

多普勒激光雷达及其单纵模全固态激光器

设计一套测量大气风场的多普勒激光雷达系统,以种子注入的单频、高重频、脉冲紫外全固态激光器为发射光源,采用两种直接探测技术获取高低空大气风场。基于费索干涉仪（Fizeau）的条纹图像技术获取边界层和低对流层大气风场,基于双法布里珀罗干涉仪（DFP）的双边缘检测技术获取高对流层和低平流层风场。研制的单频全固态激光器输出100 Hz、30 mJ的单纵模脉冲激光,输出线宽达到傅里叶转换极限。报道了测量原理和数值模拟结果、实验样机和系统技术参数。系统将用于移动式高低空大气风场测量。     

Coherent Doppler lidar for measurements of wind fields

The signal-processing techniques for obtaining the velocity estimates and the fundamental factors that influence coherent lidar performance are considered. The similarities and distinctions between Doppler lidar and Doppler radars are discussed. The capability of coherent Doppler lidars for mapping wind fields over selected regions in the lower atmosphere and greatly enhancing the capability to visualize flow patterns in real time is discussed, and examples are given. Salient features of a concept for an Earth-orbiting Doppler lidar to be launched in the late 1990s are examined.<>     

60 km瑞利多普勒激光雷达及其风场探测

临近空间风场的探测,在大气动力学研究和提高数值天气预报的准确性,以及航空航天保障等方面具有重要意义。研制基于瑞利散射双边缘技术的60 km多普勒激光雷达用于临近空间大气风场的测量。激光雷达主要分为垂直指向测量系统和两台斜指向测量系统。工作波长355 nm,探测距离15~60 km。为验证系统的可靠性和积累风场观测数据,于2014年下半年进行了外场实验,并与当地的探空气球数据进行对比,结果显示60 km瑞利多普勒激光雷达风场测量数据与探孔气球数据具有良好的一致性。     

多曝光斑纹及用作测速研究

双曝光斑纹照相可以测量位移、转动、振动等力学参数,但多曝光斑纹照相应该可以提高斑纹照片所产生的干涉条纹的锐度,并可以扩大测量范围,在这方面进行研究的人较少。我们分别做了面内位移为20微米的2次、3次、4次……80次以至120次的多曝光斑纹照相,测出2、4、9、14、40、80、120次曝光的斑纹照片产生的干涉条纹的黑度曲线,作出了亮条纹半宽度与暗条纹半宽度的比值跟曝光次数的关系曲线,从而证实了多曝光斑纹可提高干涉条纹的锐度的论点。但从曲线中又发现了新现象,当曝光次数增大时,亮条纹与暗条纹半宽度的比值虽然逐步减少,但当次数近100次时,变化值不大,曲线变得平缓。究其原因,是由于曝光次数     

基于FPGA和ARM的红外图像实时显示和采集方法

介绍了一种全光纤激光相干测速雷达,其能精确测量着陆器相对星球的速度,以辅助着陆器精确着陆。介绍了激光测速雷达的测量原理和系统方案,重点介绍了测速雷达的机载飞行试验,并对实验结果进行了分析。     

直接探测多普勒激光雷达的光束扫描和风场测量

介绍了直接探测多普勒激光雷达的系统结构和主要参数,给出了该系统进行大气风场测量的光束扫描方法,详细推导了三维风场的计算公式,给出了其风速和风向误差的求解方法。在径向风速均为1 m/s和扫描角度误差均为1°的情况下,水平风速和风向的误差分别为1.155 m/s和0.707°。给出了合肥地区对流层风场的测量结果,结果表明,采用该方法测量大气风场是切实可行的。     

激光多普勒测速技术进展

综述了激光多普勒测速技术的最新进展。首先简单介绍了激光多普勒测速技术的基本原理;然后对差分混频单频激光多普勒测速仪等6种单频激光多普勒测速仪和正交偏振双频激光多普勒测速仪的结构、工作原理及其优缺点进行了详细讨论;最后对清华大学最新研制出的可显著扩大测速量程的HH型双频激光多普勒测速仪进行了较为全面的介绍,并探讨了未来激光多普勒测速技术的发展方向。     

基于瑞利多普勒激光雷达数据的重力波测量与分析

对于平流层的高空间分辨率的重力波连续测量和研究非常稀少。近几年中国科学技术大学的瑞利多普勒激光雷达观测了大量的重力波事件,这得益于激光雷达系统在重力波研究中的优越特性。文中对激光雷达系统作出了一个简单的介绍,并且展示了位于中国酒泉（39.741N,98.495E）,垂直高度范围在15~60 km,自2015年10月7日起持续了两个月的重力波夜间观测结果。在对一些重力波事件分析过程中,对中尺度的水平风速进行了二维波谱分析之后,发现重力波波动非常明显,这些波动的波长范围主要集中在3~6 km,而周期大约为10 h。这些观测结果都肯定了瑞利多普勒激光雷达在重力波观测应用方面的优势。     

直接探测测风激光雷达的性能分析

综述了激光雷达大气风场测量的方法，提出了采用直接探测到量三维风场分布的F-P干涉仪方法，简述了测量原理，分析了系统的性能和测量误差，比较了基于分子散射和气溶胶散射的系统测量精度，给出了基于瑞利散射的激光雷达系统方案。     

基于速度结构函数的多普勒激光雷达低空湍流预警算法

为提高激光雷达对小尺度低空湍流的预警率,提出了一种将下滑道扫描与横向速度结构函数相结合的预警算法。首先,把下滑道扫描方式下得到的扫描扇区分成多个重叠的子扇区,采用空间波动法计算每个子扇区的横向结构函数。其次,将结构函数与Von Karman模型预测的结构函数拟合得到涡流耗散率,并以国际民航组织规定的湍流阈值来判断湍流强度。使用香港天文台安装在香港国际机场实的激光雷达采集数据进行了实验验证,结果表明新方法能够检测出纵向速度结构函数未能检测出的小尺度湍流。该方法是有效的,对于提高湍流的预警率有重要意义。