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星载激光多普勒测风雷达鉴频系统仿真(Ⅱ):基于Fabry-Perot标准具的Rayleigh通道大气风速反演研究

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物理学报 2014年第14期63卷 143-152页

作者：张日伟孙学金严卫赵剑刘磊李岩张传亮周俊浩解放军理工大学气象海洋学院南京211101 西北核技术研究所西安710024

基于星载激光多普勒测风雷达工作原理,构建了基于连续双通道Fabry-Perot(F-P)标准具的鉴频仿真系统,仿真研究了Rayleigh通道大气风速反演算法,系统分析了Rayleigh-Brillouin效应和Mie干扰信号对Rayleigh通道反演大气视线(LOS)风速的影响... 详细信息

基于星载激光多普勒测风雷达工作原理,构建了基于连续双通道Fabry-Perot(F-P)标准具的鉴频仿真系统,仿真研究了Rayleigh通道大气风速反演算法,系统分析了Rayleigh-Brillouin效应和Mie干扰信号对Rayleigh通道反演大气视线(LOS)风速的影响,并利用无线电探空数据集仿真结果统计分析了Rayleigh通道大气水平视线(HLOS)风速反演误差.结果表明,基于连续双通道F-P标准具的Rayleigh通道可反演中高层大气风速;Rayleigh-Brillouin效应和Mie干扰信号影响Rayleigh通道LOS风速反演精度;Rayleigh通道风速反演对温度精度要求最高,在晴空条件下可忽略Mie干扰信号的影响;不考虑Brillouin效应时,高度2 km以下Rayleigh通道无法反演HLOS风速,高度2 km以上Rayleigh通道反演的HLOS风速误差小于0.4 m·s-1,风速标准差在1—4 m·s-1之间;同Mie通道一样,气溶胶和云的分布影响Rayleigh通道HLOS风速反演误差.研究结果对发展星载激光雷达测风技术具有重要参考意义.

关键词：激光多普勒测风雷达 Fabry-Perot标准具大气风速 Brillouin效应

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大气风速对深凹露天矿山炮烟排烟时间的影响研究

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矿业安全与环保 2022年第4期49卷 117-122页

作者：丁翠聂百胜孙殿阁中国劳动关系学院安全工程学院北京100048 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室资源与安全学院重庆400044

为探究大气风速对深凹露天矿山爆破排烟时间的影响,采用CFD数值模拟方法构建了深凹露天矿山爆破非稳态数值模型,模拟大气风速为3、6、9、15 m/s和不同爆破位置条件下炮烟扩散场景,研究了不同大气风速对深凹露天采坑内风流场特征和爆破... 详细信息

为探究大气风速对深凹露天矿山爆破排烟时间的影响,采用CFD数值模拟方法构建了深凹露天矿山爆破非稳态数值模型,模拟大气风速为3、6、9、15 m/s和不同爆破位置条件下炮烟扩散场景,研究了不同大气风速对深凹露天采坑内风流场特征和爆破排烟时间的影响。研究结果表明:不同爆破位置下,随着大气风速的增大,露天采坑内的风流分布呈现出单复环流向双复环流结构的转变;当大气风速大于6 m/s后,随着大气风速的增大,爆破炮烟排烟时间下降的幅度逐渐减小,大气风速对排烟时间的影响逐渐降低;不同爆破位置下,随着大气风速的增大,露天采坑爆破炮烟排烟时间均呈现下降趋势,且与大气风速呈现良好的指数函数关系。

关键词：深凹露天矿山排烟时间复环流大气风速数值模拟

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大气风速的光学遥感实验

激光技术 1998年第2期22卷 65-68页

作者：李玉杰宋正方中国科学院安徽光学精密机械研究所

利用激光大气闪烁的频谱特性尝试进行横截风速的遥感。简单描述了这种方法的理论基础和实验装置。同时用均匀分布在光程中的五台风速计作了实际测量。结果表明两种方法的结果很一致。

关键词：激光闪烁大气风速光学遥感

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大气风速的光学遥感实验

安徽地质 1997年第1期7卷 49-54页

作者：李玉杰宋正方中科院安徽光机所

利用激光大气闪烁的频谱特性尝试进行横截风速的遥感。本文简述了这种方法的理论基础和实验装置。同时用均匀分布在光程中的五台风速计作了实际测量。

关键词：激光闪烁大气风速光学遥感

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大气风速对无波前探测自适应光学的影响

大气风速对无波前探测自适应光学的影响

第二届全国大气光学及自适应光学技术发展研讨会

作者：牛超君韩香娥西安电子科技大学物理与光电工程学院

采用低频补偿功率谱反演法构建大气湍流相位屏,通过横向平移相位屏的方法模拟大气风速引起的湍流变化,仿真计算了不同风速下激光束在大气湍流传输时波前畸变的特征。并采用基于并行梯度下降(SPGD)算法的无波前探测自适应光学方法仿真了... 详细信息

采用低频补偿功率谱反演法构建大气湍流相位屏,通过横向平移相位屏的方法模拟大气风速引起的湍流变化,仿真计算了不同风速下激光束在大气湍流传输时波前畸变的特征。并采用基于并行梯度下降(SPGD)算法的无波前探测自适应光学方法仿真了风速对校正效果的影响。结果表明,随着风速的增大,波前畸变程度增大,无波前自适应校正效果也变差;但由于相位屏变化的连续性,当达到一定校正频率时,其校正效果与不考虑风速时效果接近,可忽略风速影响。

关键词：自适应光学无波前探测大气风速大气湍流

来源： cnki会议评论

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季风降水中δ^(18)O与高空风速关系

科学通报 2004年第9期49卷 905-908页

作者：庞洪喜何元庆张忠林中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冰芯与寒区环境重点实验室兰州730000

统计分析了西南季风区IAEA/WMO降水观测站曼谷、孟买、新德里、昆明及拉萨夏季降水中d18O资料及各站高空大气风速资料发现,高空风速与d18O之间存在显著的正相关关系.分析表明,季风期间季风区上空存在一个季风水汽层,雨滴在下落过程中通... 详细信息

统计分析了西南季风区IAEA/WMO降水观测站曼谷、孟买、新德里、昆明及拉萨夏季降水中d18O资料及各站高空大气风速资料发现,高空风速与d18O之间存在显著的正相关关系.分析表明,季风期间季风区上空存在一个季风水汽层,雨滴在下落过程中通过这一水汽层并与季风水汽发生稳定同位素交换,是导致高空风速和d18O正相关的主要原因.在西南季风区除温度和降水量外,高空风速也是影响季风降水中d18O变化的一个主要因子.

关键词：西南季风大气风速 δ^18O 季风水汽层同位素交换降水

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模拟大气风场及其数据处理技术的研究

应用光学 2009年第2期30卷 285-290页

作者：李浩张燕革武汉大学电子信息学院湖北武汉430079

热层大气风速的测量可以采用干涉法来进行,由于光源(气辉辐射谱线)的强度很弱,故干涉法对测量系统要求很高。利用半导体激光器(LD)的调制特性和法布里-帕罗干涉仪(FPI)的高光谱分辨能力设计了一种用简单设备进行大气风场模拟与测量的方... 详细信息

热层大气风速的测量可以采用干涉法来进行,由于光源(气辉辐射谱线)的强度很弱,故干涉法对测量系统要求很高。利用半导体激光器(LD)的调制特性和法布里-帕罗干涉仪(FPI)的高光谱分辨能力设计了一种用简单设备进行大气风场模拟与测量的方法。改变LD的驱动电流使其输出激光频率改变,从而模拟气辉辐射的多普勒频移,通过分析FPI获得的干涉图可检测出该频移,进而得到等效风速。模拟风速的相对误差不超过6.5%,最小模拟风速为20.01m/s,且测量结果与LD的线性调制特性很相符。使用该方法可以有效地对多普勒风速测量原理、数据处理方法、系统性能以及测量误差进行分析和评估。

关键词：光学测量大气风速多普勒效应法布里-帕罗干涉仪(FPI) 半导体激光器(LD) 气辉

全光纤非相干多普勒测风激光雷达鉴频系统对比分析及频率校正方法

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全光纤非相干多普勒测风激光雷达鉴频系统对比分析及频率校正方法

作者：张思妍西安理工大学

学位级别：硕士

大气风场是太阳辐射热驱动的空气流动现象,不仅广泛存在于自然界,而且与人类活动紧密相连。了解并监测大气风场,对于气象预报、环境评估、能源开发等多个领域都具有至关重要的意义。随着科技的进步,全光纤非相干多普勒激光雷达技术应运... 详细信息

大气风场是太阳辐射热驱动的空气流动现象,不仅广泛存在于自然界,而且与人类活动紧密相连。了解并监测大气风场,对于气象预报、环境评估、能源开发等多个领域都具有至关重要的意义。随着科技的进步,全光纤非相干多普勒激光雷达技术应运而生,凭借其高集成度、出色的稳定性等特点,并且能实现较远距离的大气探测,因此该系统具有一定的实用价值。本文针对全光纤非相干多普勒测风激光雷达的鉴频系统设计及风速校正展开研究。为了设计全光纤非相干多普勒测风激光雷达的鉴频系统,论文提出了三种不同的光纤鉴频器设计方案,分别利用光纤Fabry-Perot干涉仪、光纤Mach-Zehnder干涉仪、光纤Michelson干涉仪作为鉴频器,进行对比分析三种光纤鉴频器的测风特点。对于大气风速的探测,分别针对Rayleigh后向散射信号和Mie后向散射信号,使用边缘探测技术中的双边缘技术来实现。根据每个光纤鉴频器透过率函数的特性,结合测风的需求,对其参数进行优化设置,并对灵敏度、信噪比和风速误差进行仿真分析。最后对三种光纤鉴频器的灵敏度、信噪比和风速误差的仿真结果进行对比分析,得到各自探测的优势。在频率校正方面,引入参考激光,对回波信号频率进行校正,提高风场探测精度。在实验部分,搭建了室内全光纤非相干多普勒激光雷达探测系统和非相干激光雷达大气探测系统。在室内转盘实验中采用激光器的发射波长为532 nm,鉴频器为光纤M-Z,在接收部分加入环形器,利用参考激光校正频率,对转盘风速实现了实时校正,风速平均误差在0.28m/s以内。在大气探测实验中采用激光器的发射波长为532nm,望远镜口径为250 mm,对大气风速进行探测,实现了垂直地面450m高度的风场探测,并利用参考激光对频率进行校正。

关键词：全光纤非相干多普勒激光雷达大气风速光纤Fabry-Perot鉴频器光纤Mach-Zehnder鉴频器光纤Michelson鉴频器频率校正方法

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全光纤非相干多普勒激光雷达系统设计及实验

全光纤非相干多普勒激光雷达系统设计及实验

作者：闫宇琛西安理工大学

学位级别：硕士

地球上的大气对人类的生产生活有十分重要的作用,其中对风速的测量在航空、气象灾害预报等方面具有重要意义。在多普勒激光雷达中,非相干多普勒激光雷达测风技术已经广泛运用,但传统的非相干探测系统属于空间式结构,系统结构复杂,体积庞... 详细信息

地球上的大气对人类的生产生活有十分重要的作用,其中对风速的测量在航空、气象灾害预报等方面具有重要意义。在多普勒激光雷达中,非相干多普勒激光雷达测风技术已经广泛运用,但传统的非相干探测系统属于空间式结构,系统结构复杂,体积庞大,整体稳定性较差。而本文设计采用光纤激光器、光纤环形器、光纤鉴频器等全光纤器件,初步设计实现的全光纤非相干探测,可以使整个探测系统具有轻便化、抗干扰能力强等突出特点。本文在分析非相干多普勒雷达探测原理的基础上,设计基于光学器件的全光纤非相干雷达系统,仿真分析了不同光程差的FMZI鉴频器(光纤马赫曾德干涉仪)的风速探测范围和探测灵敏度。分析了望远镜接收的空间光信号与单模光纤的光纤环形器之间的耦合效率,确定了系统最优耦合参数,为选择合适的耦合透镜参数提供依据,根据不同情况下的耦合效率情况进行了仿真分析。对设计的全光纤系统进行信噪比仿真,得出不同条件下,系统探测高度与信噪比的变化情况,获得了系统的基本探测范围。最后依据上述的研究,设计提出全光纤非相干探测系统中器件的参数和指标。针对所设计的全光纤非相干探测系统,利用转盘进行模拟风速的探测实验。首先利用空间光式系统完成转盘产生风速对应的多普勒频移量验证实验。其后基于设计的全光纤结构搭建全光纤模拟测风系统,受限于目前光纤激光器的参数指标无法满足频率稳定性的要求,除激光器外,系统实现了全光纤化的目标,完成了收发结构一体化。在转盘实验中,在最大12.6 m/s的不同转盘模拟风速下,测量误差不超过0.5 m/s,通过模拟风速实验验证了设计的全光纤非相干探测系统的理论准确性和实际可行性。在此转盘实验的基础上,搭建了全光纤非相干实际风场探测系统,对系统安放地点上空的大气情况进行了初步探测,通过参考信号反演校正风速,获得了高度为150-400 m的垂直风速,探测得到的垂直风速在0.82 m/s以内。

关键词：全光纤非相干探测 FMZI鉴频器大气风速双边缘鉴频系统模拟系统设计