多普勒激光雷达中种子激光注入的一种鉴别方法

高健; 周安然; 孙东松; 郑俊; 李梓霂; 韩於利

doi:10.3788/IRLA201847.0230001

多普勒激光雷达中种子激光注入的一种鉴别方法

doi: 10.3788/IRLA201847.0230001

高健^1,2,
周安然^1,2,
孙东松^1,2,
郑俊^1,2,
李梓霂^1,2,
韩於利^1,2

1.
中国科学技术大学地球与空间科学学院,安徽合肥 230026;
2.
中国科学院近地空间环境重点实验室,安徽合肥 230026

基金项目:

国家自然科学基金（41227804，41374156）

详细信息

作者简介:
高健(1989-),男,硕士生,主要从事测风激光雷达及光电探测方面的研究。Email:gaoj1220@126.com

中图分类号: TN958.98

An identification method of seed laser injection in Doppler lidar

Gao Jian^1,2,
Zhou Anran^1,2,
Sun Dongsong^1,2,
Zheng Jun^1,2,
Li Zimu^1,2,
Han Yuli^1,2

1.
School of Earth and Space Science,University of Science and Technology of China,Hefei 230026,China;
2.
Key Laboratory of Geospace Environment,Chinese Academy of Sciences,Hefei 230026,China

摘要: 多普勒测风激光雷达以其高分辨率、高精度、大探测范围、能提供三维风场信息的能力，吸引了多国学者的关注，并投入了大量的人力、物力进行研究。所研究的多普勒测风激光雷达采用种子注入的方式获得单纵模、窄线宽、高功率的激光输出。激光器中心频率的缓慢漂移、环境噪音、激光棒温度变化或者振动干扰都有可能导致激光器种子光的注入不成功，出射激光光谱由注入成功时的单纵模输出变为多纵模输出。激光单纵模输出时线宽约为200 MHz，而多纵模时激光线宽很宽。而种子注入不成功时所出射的多纵模激光脉冲将导致瑞利后向散射谱变宽，会增加风速测量误差。该脉冲筛选电路在数据采集环节实现对多纵模激光脉冲的筛选，有效降低了风速测量误差，提高测风准确度。
- 遥感 /
- 激光雷达 /
- 多普勒测风 /
- 脉冲筛选电路
Abstract: Doppler wind lidar with its high resolution, high precision, large detection range, the ability to provide three-dimensional wind field information, has attracted the attention of multinational scholars, and put a lot of manpower and material resources to carry out research. The Doppler wind lidar was designed to obtain single longitudinal mode, narrow linewidth and high power laser output by seed injection. The slow drift of the center frequency of the laser, ambient noise, laser rod temperature change or the vibration disturbance may cause the failure of seed injection. Then the laser spectrum was transformed from a single longitudinal mode output to a multiple longitudinal mode output. The linewidth of single longitudinal mode laser output was about 200 MHz. However, the multi-longitudinal mode laser output had a wide linewidth,which led to widened Rayleigh backscattering spectrum and then great speed errors in the speed inversion condition. The pulse screening circuit was developed to filter the multi longitudinal mode pulse during the data acquisition, which can effectively reduce the error of wind speed inversion and improve the precision of wind speed measurement.
- remote sensing /
- lidar /
- Doppler winds /
- pulse screening circuit

[1]	Zhang Xiaowen, Zheng Yongguang, Wu Lei, et al. Review on application of wind profiler Radar in weather monitoring and forecasting[J]. Meteorological Science and Technology, 2017, 45(2):20150464.(in Chinese)张小雯, 郑永光, 吴蕾, 等. 风廓线雷达资料在天气业务中的应用现状与展望[J]. 气象科技, 2017, 45(2):20150464.
[2]	World Meteorological Organization. Preliminary statement of guidance regarding how well satellite capabilities meet WMO user requirements in several application areas. WMO Satellite Reports SAT-21[R]. WMO/TD, No.913.1998.
[3]	Sun Dongsong, Zhong Zhiqing, Chi Ruli, et al. Performance and analysis of 1.06m direct detection wind lidar[J]. Laser and Infrared, 2004, 34(6):412-415. (in Chinese)孙东松, 钟志庆, 迟如利, 等. 1.06m直接接收为散射测风激光雷达的性能分析[J]. 激光与红外, 2004, 34(6):412-415.
[4]	Sun Dongsong, Zhong Zhiqing, Wang Bangxin, et al. Direct detection Doppler wind lidar based on dual FP etalon[J]. Chinese Journal of Quantum Electronics, 2006, 23(3):303-306. (in Chinese)孙东松, 钟志庆, 王邦新, 等. 基于FP标准具的直接探测多普勒测风激光雷达[J]. 量子电子学报, 2006, 23(3):303-306.
[5]	Wang Wenlong. Atmospheric wind field modeling and its application[D]. Changsha:National Unversity of Defense Technology, 2009. (in Chinese)王文龙. 大气风场模型研究及应用[D]. 长沙:国防科学技术大学, 2009.
[6]	Zhang F, Dou X, Sun D, et al. Analysis on error of laser frequency locking for fiber optical receiver in direct detection wind lidar based on Fabry-Perot interferometer and improvements[J]. Opt Eng, 2014, 53(12):124102.
[7]	Zhang Feifei, Wang Guocheng, Sun Dongsong, et al. Research on the radial velocity bias in Doppler wind lidar based on Fabry-Perot interferometer[J]. Chinese Jounal of Lasers, 2015, 42(8):0814002. (in Chinese)张飞飞, 王国成, 孙东松, 等. 基于法布里-珀罗干涉仪多普勒测风激光雷达径向风速漂移研究[J]. 中国激光, 2015, 42(8):0814002.
[8]	Han Yan, Sun Dongsong, Weng Ningquan, et al. Development of 60 km mobile Rayleigh wind lidar[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(5):1414-1419. (in Chinese)韩燕, 孙东松, 翁宁泉, 等. 60 km车载瑞利测风激光雷达研制[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(5):1414-1419.
[9]	Zhang Feifei. Research on Doppler wind lidar system with wind detection of high temporal and spatial resolution[D]. Hefei:University of Science Technology of China, 2015:103-109. (in Chinese)张飞飞. 高时空分辨率多普勒测风激光雷达系统研究[D]. 合肥:中国科学技术大学, 2015:103-109.
[10]	Han Yuli. Development for middle atmospheric temperature and wind lidar for gravity wave observation[D]. Hefei:University of Science Technology of China, 2016:31-66. (in Chinese)韩於利. 中高层大气测温测风激光雷达研制及重力波观测[D]. 合肥:中国科学技术大学, 2016:31-66.
[11]	Zheng Jun, Sun Dongsong, Dou Xiankang, et al. 60 km Rayleigh Doppler lidar and wind measurement[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(10):1030002. (in Chinese)郑俊, 孙东松, 窦贤康, 等. 60 km瑞利多普勒激光雷达及其风场探测[J]. 红外与激光工程, 2016, 45(10):1030002.

[1]	徐璐, 刘霞霞, 杨旭, 张一嘉, 吴龙. 宽脉冲光子计数偏振激光雷达探测浅水层研究（特邀） . 红外与激光工程, 2021, 50(3): 20200452-1-20200452-10. doi: 10.3788/IRLA20200452
[2]	高丽, 张晓莉, 马菁汀, 姚文秀, 王庆伟, 孙悦, 刘尊龙, 王雅君, 田龙, 郑耀辉. 基于集成量子压缩光源的量子增强多普勒激光雷达（特邀） . 红外与激光工程, 2021, 50(3): 20210031-1-20210031-7. doi: 10.3788/IRLA20210031
[3]	白涛, 陈远金, 戴放, 徐春叶, 刘小淮, 吕江萍, 刘成玉, 李秋利, 沈吉. 大面阵InGaAs基线性APD单片激光雷达读出电路 . 红外与激光工程, 2020, 49(8): 20190529-1-20190529-6. doi: 10.3788/IRLA20190529
[4]	张楠楠, 赵若灿, 孙东松, 韩淤利, 陈冲. 基于瑞利多普勒激光雷达的惯性重力波长期观测研究 . 红外与激光工程, 2020, 49(S2): 20200351-20200351. doi: 10.3788/IRLA20200351
[5]	魏天问, 夏海云. 基于相干多普勒激光雷达的风雨同时探测 . 红外与激光工程, 2020, 49(S2): 20200406-20200406. doi: 10.3788/IRLA20200406
[6]	岳春宇, 郑永超, 邢艳秋, 庞勇, 李世明, 蔡龙涛, 何红艳. 星载激光遥感林业应用发展研究 . 红外与激光工程, 2020, 49(11): 20200235-1-20200235-10. doi: 10.3788/IRLA20200235
[7]	罗敏, 石岩, 周辉, 李松, 马跃, 张文豪, 张颖. 基于可变分量的参数随机抽样的激光雷达脉冲波形分解 . 红外与激光工程, 2019, 48(10): 1005009-1005009(8). doi: 10.3788/IRLA201948.1005009
[8]	赵海鹏, 杜玉红, 丁娟, 赵地, 史屹君. 移动机器人中激光雷达测距测角标定方法 . 红外与激光工程, 2019, 48(6): 630002-0630002(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0630002
[9]	沈振民, 赵彤, 王云才, 郑永超, 尚卫东, 王冰洁, 李静霞. 混沌脉冲激光雷达水下目标探测 . 红外与激光工程, 2019, 48(4): 406004-0406004(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0406004
[10]	李梓霂, 陈廷娣, 刘恒嘉, 孙东松, 王国成, 唐磊. 瑞利多普勒激光雷达超窄带滤光器的设计 . 红外与激光工程, 2018, 47(10): 1030003-1030003(7). doi: 10.3788/IRLA201847.1030003
[11]	熊兴隆, 韩永安, 蒋立辉, 陈柏纬, 陈星. 基于速度结构函数的多普勒激光雷达低空湍流预警算法 . 红外与激光工程, 2017, 46(10): 1030005-1030005(7). doi: 10.3788/IRLA201768.1030005
[12]	胡杨, 朱鹤元. 1.55μm全光纤相干多普勒激光测风雷达 . 红外与激光工程, 2016, 45(S1): 71-75. doi: 10.3788/IRLA201645.S130001
[13]	郭文杰, 闫召爱, 胡雄, 郭商勇, 程永强. 532nm测风激光雷达长时间稳频系统 . 红外与激光工程, 2016, 45(S1): 87-91. doi: 10.3788/IRLA201645.S130004
[14]	蒋立辉, 闫妍, 熊兴隆, 陈柏纬, 陈星, 章典. 基于斜坡检测的多普勒激光雷达低空风切变预警算法 . 红外与激光工程, 2016, 45(1): 106001-0106001(7). doi: 10.3788/IRLA201645.0106001
[15]	韩燕, 孙东松, 翁宁泉, 窦贤康, 王建国, 张燕鸿. 60km车载瑞利测风激光雷达研制 . 红外与激光工程, 2015, 44(5): 1414-1419.
[16]	李鹏程, 徐青, 邢帅, 刘志青, 耿迅, 侯晓芬, 张军军. 全局收敛LM 的激光雷达波形数据分解方法 . 红外与激光工程, 2015, 44(8): 2262-2267.
[17]	姜成昊, 杨进华, 张丽娟, 李祥. 新型多普勒成像激光雷达原理设计与仿真 . 红外与激光工程, 2014, 43(2): 411-416.
[18]	赵培娥, 罗雄, 曹文勇, 赵彬, 冯立天, 李晓锋, 谭锦, 周鼎富. 应用Zoom FFT方法提高相干测风激光雷达频谱分辨率 . 红外与激光工程, 2014, 43(1): 98-102.
[19]	高园园, 舒志峰, 孙东松, 夏海云, 张飞飞, 韩於利, 上官明佳. 积分球在瑞利测风激光雷达中的应用 . 红外与激光工程, 2014, 43(11): 3547-3554.
[20]	唐磊, 吴海滨, 孙东松, 舒志峰. 瑞利散射多普勒测风激光雷达系统误差分析 . 红外与激光工程, 2014, 43(11): 3570-3576.

点击查看大图

计量

文章访问数: 256
HTML全文浏览量: 25
PDF下载量: 42
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

留言板

多普勒激光雷达中种子激光注入的一种鉴别方法

doi: 10.3788/IRLA201847.0230001

作者简介:
高健(1989-),男,硕士生,主要从事测风激光雷达及光电探测方面的研究。Email:gaoj1220@126.com

An identification method of seed laser injection in Doppler lidar

计量

多普勒激光雷达中种子激光注入的一种鉴别方法

doi: 10.3788/IRLA201847.0230001

1. 中国科学技术大学地球与空间科学学院,安徽合肥 230026;

2. 中国科学院近地空间环境重点实验室,安徽合肥 230026

作者简介:
高健(1989-),男,硕士生,主要从事测风激光雷达及光电探测方面的研究。Email:gaoj1220@126.com

English Abstract

An identification method of seed laser injection in Doppler lidar

1. School of Earth and Space Science,University of Science and Technology of China,Hefei 230026,China;

2. Key Laboratory of Geospace Environment,Chinese Academy of Sciences,Hefei 230026,China

全文HTML

目录

留言板

多普勒激光雷达中种子激光注入的一种鉴别方法

doi: 10.3788/IRLA201847.0230001

作者简介: 高健(1989-),男,硕士生,主要从事测风激光雷达及光电探测方面的研究。Email:gaoj1220@126.com

An identification method of seed laser injection in Doppler lidar

计量

出版历程

多普勒激光雷达中种子激光注入的一种鉴别方法

doi: 10.3788/IRLA201847.0230001

1. 中国科学技术大学 地球与空间科学学院,安徽 合肥 230026; 2. 中国科学院近地空间环境重点实验室,安徽 合肥 230026

作者简介: 高健(1989-),男,硕士生,主要从事测风激光雷达及光电探测方面的研究。Email:gaoj1220@126.com

English Abstract

An identification method of seed laser injection in Doppler lidar

1. School of Earth and Space Science,University of Science and Technology of China,Hefei 230026,China; 2. Key Laboratory of Geospace Environment,Chinese Academy of Sciences,Hefei 230026,China

全文HTML

目录

作者简介:
高健(1989-),男,硕士生,主要从事测风激光雷达及光电探测方面的研究。Email:gaoj1220@126.com

1. 中国科学技术大学地球与空间科学学院,安徽合肥 230026;

2. 中国科学院近地空间环境重点实验室,安徽合肥 230026

作者简介:
高健(1989-),男,硕士生,主要从事测风激光雷达及光电探测方面的研究。Email:gaoj1220@126.com

1. School of Earth and Space Science,University of Science and Technology of China,Hefei 230026,China;

2. Key Laboratory of Geospace Environment,Chinese Academy of Sciences,Hefei 230026,China