Development of all-solid coherent Doppler wind lidar

A 1 064-nm pulsed coherent Doppler lidar (CDL) prototype is developed to measure short range wind speed in the lower altitude troposphere layer. The CDL system adopts an injection-seeded Nd:YAG laser with the pulse duration of 80 ns, single pulse energy of 0.5 mJ, and pulse repetition rate of 200 Hz. Speed calibration experiments are implemented to obtain a speed accuracy of 0.3 m/s using a hard target. Data analysis results show that the CDL system can obtain a line-of-sight wind velocity at a range of 30 to 500 m with the range resolution of 40 m and 38 pulses accumulation.     

机载光纤多普勒测风激光雷达风场反演及实验验证

通过分析1 550 nm全光纤机载多普勒测风激光雷达系统的测量模式特征,给出飞机速度校正方法、机载系统风场反演模型和算法,实现了机载大气三维风场的反演和显示软件。利用机载激光雷达的飞行试验数据,结合实时测量的小球测风数据,进行了风场信息的反演和结果的对比印证,统计4个架次的风廓线测量结果,两者的水平风速标准偏差小于1.4 m/s,风向标准偏差小于10°,相关系数都达到0.95以上,从实验结果上验证了激光雷达的工作性能和数据反演算法的准确性。     

星载高光谱分辨率激光雷达大气气溶胶和云探测研究

为实现对全球气溶胶光学参数剖面的高精度测量,采用基于碘分子滤波器的高光谱分辨率探测技术。结合欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的大气再分析数据集（ERA5）的温度和压强数据,选取在轨期间途经撒哈拉沙漠和加拿大山火区域的星载高光谱分辨率激光雷达（HSRL）的观测数据,对沙尘类气溶胶和烟尘类气溶胶的光学特性进行分析,包括气溶胶的后向散射系数、消光系数、退偏振比和雷达比。结果表明：撒哈拉沙漠地区近地面5 km以内的气溶胶分布主要以沙尘类气溶胶为主,其退偏振比集中在0.2～0.4,雷达比数值集中在40～60 sr;加拿大山火地区的气溶胶主要以烟尘类气溶胶为主,其退偏振比集中在0.02～0.15,雷达比在50～70 sr范围。激光雷达特有的高光谱探测技术,在气溶胶和云的精细化探测和分类方面具有重要应用,将在环境监测中发挥重要作用。     

Decoupling of temporal/spatial broadening effects in Doppler wind LiDAR by 2D spectral analysis

Pulse echo accumulation is commonly employed in coherent Doppler wind LiDAR(light detection and ranging)under the assumption of steady wind. Here, the measured spectral data are analyzed in the time dimension and frequency dimension to cope with the temporal wind shear and achieve the optimal accumulation time. A hardware-efficient algorithm combining the interpolation and cross-correlation is used to enhance the wind retrieval accuracy by reducing the frequency sampling interval and then reduce...     

相干多普勒测风激光雷达低信噪比区域回波信号的估计方法

相干多普勒测风激光雷达通常会采用周期图最大值法（PM）提取不同距离门信号的多普勒频移（对应风速）信息。由于噪声和相干效率的影响,个别距离门信号会出现信噪比（SNR）突然降低的情况,从而导致系统的探测概率降低,影响系统整体的探测性能。为了解决个别距离门信号多普勒频移的错误估计问题,提出了一种新的非线性自适应多普勒频移估计方法。该方法利用风速的连续性,标定错误距离门,并自适应地利用强信噪比区域的多普勒频移统计数据来弥补信噪比变差而出现的估计错误。分别利用了仿真模型和一套1.54μm全光纤相干激光雷达系统获得了风场测量数据,对比了使用该技术前后反演得到的风速趋势,证明该方法能够有效地解决上述问题。     

LD双端泵浦U型腔Nd∶YVO4激光器稳定性研究

 基于传输矩阵理论,针对端面抽运的U型腔Nd∶YVO4固体激光器谐振腔的稳定性进行了理论分析和数值模拟。通过改变“U”型腔各个臂长得到不同腔臂长条件下谐振腔的稳区范围和晶体中心处的振荡光斑,比较稳区范围以及振荡光斑,找出一组腔参数值使谐振腔能够在较高泵浦功率下保持稳定且振荡光斑足够理想。按照确定的腔参数值进行了具体实验,实验结果表明:按选定参数设计的谐振腔在调Q重复频率为100kHz,泵浦功率为60W时,激光器能够稳定工作并输出21.6W的高重频激光,谐振腔稳区范围的变化规律与理论计算基本吻合。