多纵模激光器体制下直接多普勒测风技术的实现与仿真

作     者：高丰佳 高飞 赵婷婷 汪丽 李仕春 闫庆 华灯鑫 

作者机构：西安理工大学机械与精密仪器工程学院 陕西省现代装备绿色制造协同创新中心 国家市场监管重点实验室(计量光学及应用) 

出 版 物：《物理学报》 (Acta Physica Sinica)

年 卷 期：2024年第20期

页      面：17-30页

核心收录：

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 0810[工学-信息与通信工程] 080401[工学-精密仪器及机械] 081105[工学-导航、制导与控制] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 0803[工学-光学工程] 081002[工学-信号与信息处理] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

基　　金：国家自然科学基金(批准号:42175149,41775035,42275148) 中国-中东欧国家高校联合教育项目(批准号:2023330,2022232,2021120) 陕西省教育厅科研计划项目(批准号:23JY055) 国家市场监管重点实验室(计量光学及应用)开放课题(批准号:SXJL2023Z01KF) 西安理工大学博士创新基金(批准号:102-252072304)资助的课题~~ 

主　　题：直接多普勒测风技术 多纵模激光 四通道马赫-曾德尔干涉仪 风场数据反演 

摘      要：考虑到单纵模激光器作为多普勒测风激光雷达的激励光源需要复杂的种子注入技术和高精度的稳频锁频技术,本文提出了以自由运转的多纵模激光器作为激励光源的直接多普勒测风激光雷达,以降低激励光源的实现难度和复杂性.针对典型Nd:YAG脉冲激光器,研究了不同激光辐射线宽、光学谐振腔长和中心波长条件下多纵模激光激励的大气弹性散射回波光谱的分布模式.为了综合利用大气风场导致的多纵模激光中每个纵模所激励大气弹性散射回波光谱的多普勒频移,利用具有周期性透过率曲线且四个输出通道相位各相差π/2的可调谐四通道马赫-曾德尔干涉仪,实现对多纵模大气弹性散射回波光谱多普勒频移的高精度鉴别.在此基础上,构建了多纵模激光器体制下直接多普勒测风技术大气风场反演的数学模型.仿真结果表明,所提出的多纵模直接多普勒测风激光雷达能够实现对大气风场信息的高精度测量,并且激光中心波长越大,激光光学谐振腔长越短,系统测风范围越大,测风误差越小.