基于单固体F-P标准具的双频率多普勒激光雷达研究

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基于单固体F-P标准具的双频率多普勒激光雷达研究

沈法华, 孙东松, 刘成林, 仇成群

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沈法华, 孙东松, 刘成林, 仇成群. 基于单固体F-P标准具的双频率多普勒激光雷达研究[J]. 红外与激光工程, 2013, 42(11): 2944-2950.

引用本文:

沈法华, 孙东松, 刘成林, 仇成群. 基于单固体F-P标准具的双频率多普勒激光雷达研究[J]. 红外与激光工程, 2013, 42(11): 2944-2950.

Shen Fahua, Sun Dongsong, Liu Chenglin, Qiu Chengqun. Single solid F-P etalon-based dual-frequency Doppler lidar[J]. Infrared and Laser Engineering, 2013, 42(11): 2944-2950.

Citation:

Shen Fahua, Sun Dongsong, Liu Chenglin, Qiu Chengqun. Single solid F-P etalon-based dual-frequency Doppler lidar[J]. Infrared and Laser Engineering, 2013, 42(11): 2944-2950.

基于单固体F-P标准具的双频率多普勒激光雷达研究

1.
盐城师范学院物理系,江苏盐城 224002;
2.
中国科学技术大学地球和空间科学学院,安徽合肥 230026

基金项目:

江苏省自然科学基金青年基金项目（BK2012246）;江苏省高校自然科学研究基金项目（12KJB170014，10KJB170012）

作者简介:
沈法华（1981-），男，讲师，博士，主要从事多普勒测风激光雷达的研究。Email：sfh81914@tom.com

中图分类号: TN958.98

Single solid F-P etalon-based dual-frequency Doppler lidar

1.
Department of Physics,Yancheng Teachers University,Yancheng 224002,China;
2.
School of Space and Earth Science,University of Science and Technology of China,Hefei 230026,China

摘要: 提出了基于单固体Fabry-Perot（F-P）标准具的双频率多普勒激光雷达技术。介绍了系统结构，并分析了系统的风场探测原理。根据探测指标要求，对系统各单元参数，特别是F-P标准具参数进行了详细的优化设计。利用得到的优化参数对雷达系统的探测性能进行了仿真。仿真结果表明：采用100 mm口径的望远镜和脉冲能量50 J、重复频率6 kHz的半导体激光器，在发射激光仰角60、距离分辨率60 m和脉冲累计时间1 min的情况下，晴天时，系统在3 km高度处的径向风速误差小于0.75 m/s；有薄雾时，系统在1.5 km高度处的径向风速误差小于0.58 m/s。在发射激光仰角8、距离分辨率60 m和脉冲累积时间10 s的情况下，不同的能见度天气时，系统在4 km处的径向风速误差都小于1 m/s。
- 多普勒激光雷达 /
- 半导体激光器 /
- 固体Fabry-Perot标准具 /
- 边缘技术 /
- 双频率
Abstract: The single solid Fabry-Perot (FP) etalon-based dual-frequency Doppler lidar technology was proposed. Its structure is introduced, and the principle of wind field measurement with that Doppler lidar system is analyzed. According to the detection requirements, each unit of system parameters, especially the F-P etalon parameters are carefully optimized. Furthermore, the detection performance of the lidar system with optimized parameters is simulated. The simulation results show that the radial velocity errors is less than 0.75 m/s at 3 km altitude on sunny days and less than 0.58 m/s at 1.5 km altitude on hazy days for 60 elevation angle, 60 m range resolution and 1min temporal resolution, and is less than 1m/s at 4 km range under different visibility conditions for 8 elevation angle, 60 m range resolution and 10 s temporal resolution with a 100 mm diameter telescope and a 50 J pulse energy, 6 kHz repetition rate semiconductor laser.
- Doppler lidar /
- semiconductor laser /
- solid Fabry-Perot etalon /
- edge technique /
- dual-frequency

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基于单固体F-P标准具的双频率多普勒激光雷达研究

1. 盐城师范学院物理系,江苏盐城 224002;

2. 中国科学技术大学地球和空间科学学院,安徽合肥 230026

作者简介:
沈法华（1981-），男，讲师，博士，主要从事多普勒测风激光雷达的研究。Email：sfh81914@tom.com

收稿日期: 2013-03-10
修回日期: 2013-04-25
刊出日期: 2013-11-25

基金项目:

江苏省自然科学基金青年基金项目（BK2012246）;江苏省高校自然科学研究基金项目（12KJB170014，10KJB170012）

中图分类号: TN958.98

关键词:

摘要: 提出了基于单固体Fabry-Perot（F-P）标准具的双频率多普勒激光雷达技术。介绍了系统结构，并分析了系统的风场探测原理。根据探测指标要求，对系统各单元参数，特别是F-P标准具参数进行了详细的优化设计。利用得到的优化参数对雷达系统的探测性能进行了仿真。仿真结果表明：采用100 mm口径的望远镜和脉冲能量50 J、重复频率6 kHz的半导体激光器，在发射激光仰角60、距离分辨率60 m和脉冲累计时间1 min的情况下，晴天时，系统在3 km高度处的径向风速误差小于0.75 m/s；有薄雾时，系统在1.5 km高度处的径向风速误差小于0.58 m/s。在发射激光仰角8、距离分辨率60 m和脉冲累积时间10 s的情况下，不同的能见度天气时，系统在4 km处的径向风速误差都小于1 m/s。

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