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多普勒测风激光雷达鉴频系统的研究

作　者: 薛峰
导　师: 任德明
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 物理电子学
关键词: 激光雷达多普勒频移测风双边缘技术 Fabry-Perot标准具
分类号: TN958.98
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 366次
引　用: 3次
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内容摘要

低空风切变是飞机起飞和降落阶段的重要危险因素,监测低空风切变,并进行主动避让是至关重要的。多普勒测风激光雷达从工作原理上可分为相干和非相干(直接探测)两种。论文中采用了双通道Fabry-Perot (F-P)干涉仪直接探测系统,探测Mie散射回波信号。考虑到大气气溶胶和分子的运动对发射激光束的作用,发射激光用1.06μm时,大气分子的Rayleigh散射回波信号几乎为零,气溶胶的Mie散射信号相对较强,这给信号的探测带来很大的方便。鉴频系统是多普勒测风雷达的关键技术之一,能从探测光强度的变化分析出频移量,其鉴频能力会影响雷达测风的精度。论文主要研究测风雷达的鉴频系统。推导了针对低空气溶胶散射信号的双边缘探测理论,分析激光束传输中与大气的相互作用以及回波信号的各种干扰信号,然后仿真了回波信号和F-P对激光束的透过率函数,根据不同F-P的参数对系统灵敏度的影响选择最适合的F-P参数,仿真鉴频系统的鉴频过程。最后对仿真后的数据分析了系统的响应、系统的灵敏度、系统的误差,对仿真进行了修正。设计了鉴频系统的实验平台,用NI数据采集卡对仿真的结果进行了数据采集设计。根据测量的精度要求选择合适的数据采集卡,根据信号的特性设置采集卡的各项参数,开发实用的采集程序,对模拟回波信号进行采集。实验中设计的数据采集系统可以完成采集工作。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-14
  1.1 课题背景及意义  8-10
    1.1.1 课题背景  8-9
    1.1.2 课题研究意义  9-10
  1.2 国内外研究进展  10-13
    1.2.1 国外研究进展  10-11
    1.2.2 国内研究进展  11-13
  1.3 课题来源及论文主要工作  13-14
第2章测风激光雷达原理与回波信号检测理论  14-27
  2.1 引言  14
  2.2 测风激光雷达设计原理  14-19
    2.2.1 散射型激光雷达方程  15-16
    2.2.2 激光雷达测风的原理  16-17
    2.2.3 测风激光雷达系统的工作过程  17-19
  2.3 回波信号探测和处理的设计方案  19-26
    2.3.1 多种信号探测手段  19-20
    2.3.2 双边缘探测原理  20-22
    2.3.3 回波信号的各项干扰分析  22-26
  2.4 本章小结  26-27
第3章回波信号鉴频仿真  27-45
  3.1 引言  27
  3.2 回波信号的特性仿真  27-31
    3.2.1 激光传输与大气的相互作用衰减  27-29
    3.2.2 散射回波信号的计算  29-31
  3.3 鉴频系统的仿真  31-44
    3.3.1 F-P标准具的透过线型函数的仿真  32-36
    3.3.2 F-P参数对鉴频系统的影响仿真  36-38
    3.3.3 鉴频仿真与仿真结果分析  38-43
    3.3.4 鉴频系统实验平台  43-44
  3.4 本章小结  44-45
第4章基于虚拟仪器的数据采集系统设计  45-57
  4.1 引言  45
  4.2 虚拟仪器的组成结构  45-47
    4.2.1 虚拟仪器硬件组成  45-46
    4.2.2 软件体系结构  46-47
  4.3 回波信号数据采集系统设计  47-56
    4.3.1 采集系统设计方案  48-49
    4.3.2 数据采集系统设计硬件平台  49-50
    4.3.3 数据采集系统设计软件程序  50-55
    4.3.4 数据采集结果分析  55-56
  4.4 本章小结  56-57
结论  57-58
参考文献  58-62
攻读硕士学位期间发表的学位论文  62-64
致谢  64

多普勒测风激光雷达鉴频系统的研究

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