相干激光测风雷达风场测量技术

研发了一套全光纤化相干多普勒激光测风雷达设备,并已作为试验样机应用于XXX工程中。该激光测风雷达工作于人眼安全波段,系统结构设计紧凑,性能可靠,可实现远距离风速测量。首先对相干激光测风雷达风速测量精度进行了理论分析,然后采用放置于103 m高塔上的超声风向风速仪和探空气球作为雷达指标的测试工具,对激光雷达进行外场试验,验证设备的性能。经过试验结果分析,风速数据相关性达95%以上,标准差优于0.8 m/s,风向数据相关性达98.6%以上,标准差优于5。与国外相关激光测风雷达测量精度相当,表明激光测风雷达具有优良的性能,将成为广泛应用的风场测量工具之一。     

相干激光测风雷达环行器参量对测程的影响

为了提高激光测风雷达性能,采用数学建模的方法,基于环行器工作原理,分析了环行器出射光束质量,讨论了光束发散角对目标距离处激光峰值光强的影响,提出了环行器光束接收效率定义,研究了发射和接收光轴偏轴度对探测距离的影响。并搭建实验平台,取得远场光斑参量,验证了仿真结果。结果表明,随着出射光束发散角增大,相同作用距离处的相对峰值光强减小;雷达探测距离主要受偏轴角度的影响,mrad量级的偏角会使探测距离减小89.7%。因此,应合理增大光学天线准直倍率,并且设计的角度调节结构精度应优于0.1mrad量级。     

多普勒测风雷达研究进展

大气激光多普勒设备（ALADIN）作为大气动态任务——风神计划的有效载荷,可以提供全球风场的直接测量。它能够提供与卫星速度矢量垂直的风速成分。该设备是工作在紫外波段的多普勒雷达,将是首例太空中的该类雷达。ALADIN由高能激光器和能够同时接收气溶胶和大气分子后向散射的直接探测接收器组成。激光器是基于Nd：YAG和高功率激光二极管技术的固体激光器,探测器是具备光子计数性能的硅CCD。1.5m口径望远镜采用轻量化的SiC材料。ALADIN系统正处于在轨飞行模式测试集成阶段,许多子系统已经集成完毕,载荷性能和资格测试即将开始。本文简要描述该设备的设计和目前为止所处的发展状态及取得成果,这些关系到接收器性能、望远镜的发展和激光器面临的挑战。     

相干激光测风雷达高分辨距离门自适应技术研究

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。     

相干激光测风雷达信号处理系统研究

介绍了基于相干探测方式的多普勒激光测风雷达的基本组成结构和原理,着重对激光测风雷达的信号处理系统进行了研究.文中给出了信号处理系统中所采用的多普勒信号处理方法,对采集到的多普勒回波信号进行了仿真研究.采用商业数据采集卡和LABVIEW软件,设计了相干激光测风雷达信号处理系统,并通过搭建的平台实现了激光视向风速的测量.通过模拟的多普勒回波信号,对信号处理系统进行了测试验证,实验结果证明了该信号处理系统能够达到0.8 m/s的速度测量精度.     

激光测风雷达二维扫描控制系统的实现

二维扫描系统使得激光出射方向和光学接收光轴同时精确指向设定方向,进而测量多方位的风速数据。介绍了激光测风雷达二维扫描控制系统组成,重点讨论了系统运用步进电机进行驱动的电路特点以及采取的可靠性技术措施,包括硬件措施和软件措施,分析了该系统的先进性、可靠性以及智能化特点。该控制系统已经成功地安装在中国科学院安徽光机所的激光测风雷达上,经过了一年半的实际运行,其控制精度、运行速度完全满足激光测风雷达的测量要求。     

激光测风雷达二维扫描控制系统的实现

二维扫描系统使得激光出射方向和光学接收光轴同时精确指向设定方向,进而测量多方位的风速数据。介绍了激光测风雷达二维扫描控制系统组成,重点讨论了系统运用步进电机进行驱动的电路特点以及采取的可靠性技术措施,包括硬件措施和软件措施,分析了该系统的先进性、可靠性以及智能化特点。该控制系统已经成功地安装在中国科学院安徽光机所的激光测风雷达上,经过了一年半的实际运行,其控制精度、运行速度完全满足激光测风雷达的测量要求。     

相干激光测风雷达信号提取与仿真

讨论了将脉冲信号积累应用于相干激光雷达的具体方法,并利用Simulink软件平台对信号处理过程进行仿真。由仿真结果可知,在相应的设定下,进行0.028 s以上的相干积累,信噪比(SNR)增益可达22 dB以上;如果在0.007 s内先进行短时相干积累,再进行非相干积累,当积累总时间超过0.020 s时,信噪比增益将达到18 dB 以上。     

激光测风雷达分析典型高原机场风场特征

为了对激光测风雷达在民用机场的运行环境适应性及综合保障能力进行评估,采用国产自研激光测风雷达在典型高原机场为期3个月的风场联合监测试验数据,结合同址相关气象资料,分晴、多云、阴、雾及降水等不同气象条件,对激光测风雷达的风场数据进行了分析,以揭示典型高原机场的风场特征,检验国产激光测风雷达的综合保障能力。结果表明,在不同天气类型下,激光雷达的测风性能存在明显的差异,其在晴、多云、阴天整体表现较优,水平最大探测距离最远可达6623m,垂直最高可达2895m;同时,激光测风雷达能精准捕捉到高原机场的风场在时间尺度和空间尺度上的典型变化特征。该研究为雷达在民航的应用提供了参考。     

基于频谱重构的相干激光测风雷达风切变检测算法

为了提高相干激光测风雷达风切变的检测率,本 文提出了一种在频域检测风切变的新 方法。首先,截取激光雷达 目标探测距离处的回波信号进行傅里叶变换。其次,通过对回波信号的频率分量按其幅值大 小加权进行频谱重构。然后, 对重构后的频谱进行平滑并估计峰值频率,计算局部频率差,与风切变阈值进行比较,进而 在频域判别风切变。采用旋 转电机实验数据对该算法误差进行评估,得到该算法频谱估计误差为0.64 MHz。设计基于小 型飞机的激光雷达风切变检 测实验对算法检测率进行验证,以小型飞机飞行报告作为风切变判定标准,对激光雷达检测 结果进行判别。通过朝阳机 场实验得到该算法风切变检测率为84.62%,表明该算法对提高激光雷 达风切变检测率具有重要价值。     

脉冲压缩CO_2相干激光雷达信号处理的研究

提出了采用快速傅里叶变换(FFT)及快速傅里叶逆变换(IFFT)变换对脉冲压缩CO_2相干激光雷达信号处理,并进行了理论与计算机模拟研究.通过运行所研究的信号处理程序包表明,采用这种方法可以很好地完成信号处理(脉冲压缩)任务,并可准确地提出所需要测量的时间延迟参数.     

连续光纤激光相干测风雷达技术研究

大气风场的测量在环境、航空、航天等领域具有重要的应用价值。目前对于近距离大气风场的报道较少, 而传统脉冲激光测风系统往往存在着低空盲区,不能满足对近距离低空风场的测量。采用连续激光 光源设计并建立了一套短距测风系统,实现了近距离风场信息的测量,与测风仪对比同时刻实验测量结果 误差不超过3\%。对研制的连续激光测风系统结合适当的扫描方式进行组装,可以为短距风场的实际测量服务。     

一种多基雷达接收信号相参处理的方法

常规雷达系统越来越难于探测日益迫近的空间目标和隐身目标.多基雷达已成为雷达的一个发展方向.多基雷达信息融合主要是航迹融合、点迹融合、信号级融合.文中分析了多基地雷达信号级融合--相参处理面临的问题和难于直接进行相参处理的原因,提出了一种信号相参处理的方法,仿真结果表明了该方法的有效性.     

1550 nm高效窄线宽光纤激光器

研制了一种采用双光纤光栅法布里-珀罗(FBG F-P)腔选模的线形腔结构窄线宽光纤激光器.激光器以高掺杂Er3 光纤为增益介质,结合非相干技术,利用全光纤型法拉第旋转器(FR)抑制空间烧孔效应,通过2个短FBG F-P腔选模,产生了稳定的1 550 nm单频激光输出.采用两端976 nm LD抽运方式,阈值抽运光功率为11 mW,在抽运光功率为145 mW时输出信号光功率为73 mW.光-光转换效率为50%,斜率效率达55%.采用延迟自外差方法精确测量光纤激光器线宽,实验中使用了10 km单模光纤延迟线,由于测量精度的限制,得到线宽小于10 kHz.研究表明,这种光纤激光器具有输出功率高、线宽窄和信噪比高的特点,可用于高精度的光纤传感器系统.     

基于滤波器组的风廓线雷达信号处理技术

综述了风廓线雷达信号处理算法的新发展。目前,在实际的风廓线雷达中仍广泛使用经典的信号处理方法,一些新算法、新方案由于各种原因不能实用,还不能取代经典的处理算法。鉴于这些原因,并考虑到现在硬件水平迅速提高的实际,提出一个可行的改进方案。该方案取消了风廓线雷达经典信号处理中的时域积累,并用窄带滤波器组取代加窗FFT,由于滤波器组设计灵活,硬件实现方便,故可迅速地应用到现行风廓线雷达中。仿真实验表明,采用窄带滤波器组可以在单脉冲信噪比-38dB的条件下正确检测风廓线回波,检测性能比经典处理方法提高了3dB。     

一种风廓线雷达信号处理新方法

实际操作中发现,风廓线雷达回波常受到色噪声的干扰.为抑制色噪声干扰,提高风速估计精度,该文提出采用旋转相位的方法.通过理论分析和仿真,发现旋转相位法不仅有效抑制色噪声干扰,同时也增强了有用的风廓线回波.     

低信噪比激光弱小回波信号的数字化检测和仿真

文章针对激光弱小回波信号的低信噪比,提出了运用数字信号处理技术对回波信号进行处理的方法,并进行了一系列仿真和计算.     

集中式MIMO雷达阵列信号处理技术研究

根据集中式多输入多输出雷达信号模型,给出了其阵列信号处理的处理流程。该文对频率编码正交信号的阵列信号处理方法进行了研究。基于该正交信号的信号模型,针对其互相关及自相关性能讨论了信号参数关系。进而研究了在处理中需关注的运动补偿、接收波束展宽、发射波束合成宽带等问题。文中分析了该正交信号阵列通道误差,给出了误差校准方法,并进行仿真验证,说明了方法的有效性。最后给出了详细的处理流程,并对主要的处理运算量进行了评估,对工程应用有指导意义。     

相干激光雷达的进展

1960年激光器的发明使相干光作为激光雷达发射源成为可能。相干激光雷达与很多常规微波雷达具有诸多共同基本特征。然而,激光的短波长可用于许多新的军事领域,尤其是在目标识别和导弹制导方面。本文追踪了林肯实验室1967-1994年激光雷达的发展历程。该历程包括两个激光雷达系统的构造、测试和演示验证,一个是高功率、长距离＂火池＂激光雷达系统,另一个是紧凑型短距离红外天基雷达（IRAR）系统。＂火池＂主要用于诸如空间目标监视以及弹道导弹防御等战略军事应用,而IRAR主要作为战术目标天基探测和识别的试验平台。     

基于小波变换的高光谱激光雷达回波微弱信号处理技术

针对高光谱激光雷达回波信号能量弱导致的波形信息常常淹没在噪声中而难以提取的问题,基于高光谱激光雷达原理验证样机系统采集到的高光谱激光雷达回波信号数据,通过分析小波变换参数选取对信号处理的影响,寻找到一种基于小波变换的高光谱激光雷达回波微弱信号的处理方法,即在sym6小波3层分解下,运用软阈值函数和启发式阈值处理可有效处理高光谱激光雷达回波微弱信号,运用该方法在仅有少量回波样本信号数量情况下,达到高斯拟合在数倍回波样本信号数量情况下的处理效果,降低了提取出波形信息所需要的高光谱激光雷达回波信号探测时间。