A mobile incoherent Mie-Rayleigh Doppler wind lidar with a single frequency and tunable operation of an injection Nd︰YAG laser

A mobile incoherent Doppler lidar system has been experimentally demonstrated to be able to transmit reliable single frequency operation laser pulse, even after truck transit and in very high vibration environments. The linewidth of the injection-seeded pulse Nd:YAG laser can be measured by means of an I2 molecular filter. And, lidar validation experiments demonstrated the feasibility and capability of measuring wind field by the Mie-Rayleigh Doppler wind lidar. The un-certainty of measured wind speed is 0.985m/s in the altitude range from 2 to 4 km.

光纤Mach-Zehnder干涉仪测风激光雷达技术与数值仿真

基于光纤Mach-Zehnder干涉仪双边缘检测技术,提出并设计了一套全光纤非相干测风激光雷达系统,对多普勒频移的提取和风速反演算法进行了理论分析,针对大气分子散射信号的特点,对光纤Mach-Zehnder鉴频系统进行了优化设计.应用美国标准大气模型,对系统的灵敏度、信噪比以及测量误差进行了数值仿真.仿真结果表明,对532nm波长的地基分子散射测风激光雷达,当垂直距离分辨率为300m,进行1 000次激光脉冲累计平均后,得到径向探测距离达到20km,径向风速在±100m/s的范围内时,径向风速误差小于1.4m/s,说明此系统可以进行远距离大尺度风速的测量,为新型小型化测风激光雷达的开发及研制提供了一种可行的技术方案.

车载多普勒测风激光雷达系统的隔振设计

为了防止车载多普勒测风激光雷达运动过程中振动对系统的不良影响,保证系统测量的稳定性和精度,对车载测风激光雷达中的机柜和光学平台进行隔振设计。选用IDC公司SB型和M型金属钢丝绳隔振器分别作为机柜和光学平台的隔振器并合理布置,通过计算可得峰值响应频率都小于干扰频率,冲击位移小于隔振器最大形变量,通过隔振效率和干扰频率的关系曲线图发现隔振效率达80%以上。最后,通过隔振前后激光雷达锁频实验效果对比可以看出隔振系统安装后锁频效果有了显著提升,通过运动中测量的1 km高度径向风速正弦曲线拟合进一步验证了在运动测量中隔振设计的可靠性。

基于DCGAN的终端区激光雷达晴空湍流识别

针对在飞行终端区采用激光雷达进行晴空湍流识别时湍流样本不充足、识别率低的问题,提出了一种改进的深度卷积生成对抗网络(DCGAN)算法。使用中川机场雷达实验平台9个月的径向风速数据构建涡流耗散率(EDR)图像,筛选存在晴空湍流的样本构建湍流样本集;通过扩充卷积层和转置卷积层改进了DCGAN结构,实现样本的扩充,并使用对抗训练后的判别器进行识别。结果表明:用原始样本集和增广样本集训练的对抗后判别器识别准确率均优于卷积神经网络(CNN)和对抗前判别器,分别提高了6.55%、8.25%和0.31%、1.9%;最后,用实测样本进行检验,识别准确率分别提高了3.33%、6.67%,验证了所提方法的可行性。

车载直接探测多普勒测风激光雷达光学鉴频器

基于建立的车载直接探测激光雷达系统,对接收光学鉴频器进行了研究。针对边界层、对流层和平流层不同的气溶胶和大气分子浓度以及风速动态范围,同时采用直接探测的两种主要技术。利用多光束菲索(Fizeau)干涉仪(MFI)和阵列光电倍增管(PMT),接收气溶胶散射信号,获得边界层风速。采用双法布里-珀罗(Fabry-Perot)干涉仪(DFP)和光电倍增管探测器,分析分子散射信号,得到对流层风场。使用实际的激光雷达系统参数和大气模型参数,对两个鉴频器进行了优化设计,分析了它们的风速测量灵敏度和精度。多光束菲索干涉仪鉴频器系统在±50 m/s风速范围内测量灵敏度为1.3%/(m.s-1),高度分辨率为200 m,边界层内风速测量误差小于1 m/s。双法布里-珀罗干涉仪鉴频器系统在±100 m/s风速范围内的测量灵敏度约为0.3%/(m.s-1),高度分辨率为1000 m,对流层风速测量误差小于3 m/s。

星载激光多普勒测风雷达鉴频系统仿真(I):基于Fizeau干涉仪的Mie通道大气风速反演研究

研究了星载激光多普勒测风雷达系统结构,构建了基于Fizeau干涉仪的鉴频仿真系统,仿真研究了Mie通道风速反演算法,并利用无线电探空数据集仿真结果统计分析了Mie通道大气水平视线(HLOS)风速反演误差.仿真和统计结果表明,基于Fizeau干涉仪的Mie通道可反演低对流层大气风速;低对流层HLOS风速误差和标准差分别小于1 m·s-1和2 m·s-1;气溶胶和云的分布影响星载激光多普勒雷达测风误差,可使风速最大偏差增大一倍.