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非相干多普勒激光雷達靈敏度的直接測量方法
【專利摘要】非相干多普勒激光雷達靈敏度的直接測量方法，包括將發(fā)射激光頻率調(diào)節(jié)到基準頻率ν0處，對大氣后向散射光進行測量，得到徑向風速為VLOS測＝0時的零風速比值r0；將發(fā)射激光頻率調(diào)節(jié)到ν0+Δν處，對大氣后向散射光進行測量，得到徑向風速為VLOS測＝–Δνλ/2時的風速比RW,+；將發(fā)射激光頻率調(diào)節(jié)到ν0–Δν’處，對大氣后向散射光進行測量，得到徑向風速為VLOS測＝Δν’λ/2時的風速比RW,–；利用零風速比值r0以及風速比RW,+和RW,-，通過最小二乘法求出dRW/dν，進而得到靈敏度S。本發(fā)明能夠最大限度消除理論計算時大氣溫度和大氣分子散射模型引入的約3m/s的風速誤差，提高非相干多普勒激光雷達的風速測量精度。
【專利說明】非相干多普勒激光雷達靈敏度的直接測量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于激光雷達【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及基于碘分子濾波器的非相干測風激光雷 達中對靈敏度的一種精確的直接測量方法一非相干多普勒激光雷達靈敏度的直接測量 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 多普勒激光雷達進行風速測量時，根據(jù)多普勒原理，表征風速的大氣分子或氣溶 膠粒子的整體運動，會使后向散射激光的頻率發(fā)生偏移，即多普勒頻移。徑向風速為Vub時， 大氣后向散射光產(chǎn)生的多普勒頻移為△V= - 2VMS/A(其中A為激光波長）。非相干多 普勒激光雷達的頻率檢測器件（如碘分子吸收濾波器）具有陡峭的吸收邊緣（圖1)，其吸 收強度隨頻率的變化而迅速變化。因此，大氣后向散射光通過碘分子吸收器時，隨著徑向風 速Vufi引起的多普勒頻移△V的不同，后向散射光的透過率發(fā)生相應(yīng)的變化。非相干多普 勒激光雷達通過探測后向散射光的透過率，根據(jù)透過率與徑向風速的關(guān)系，反演出徑向風 速，進而得到水平風速。
[0003] 非相干多普勒激光雷達的測量值是大氣后向散射光通過碘分子吸收器時的透過 率，即測量通道與參考通道的比值，定義為風速比心。為了從測量值（風速比心）反演出徑 向風速，必須首先得到測量值與徑向風速Vufi的關(guān)系，即靈敏度。
[0004] 靈敏度是指測量儀器對一個單位的被測值的響應(yīng)率，它是描述一個測量儀器的重 要指標，通常用來表示一個測量儀器的測量能力。對于非相干多普勒激光雷達來說，通過測 量兩個通道的比值，即風速比，來得到徑向風速。因此，我們將測風激光雷達的靈敏度S定 義為，單位徑向風速引起的風速比的變化率：
[0005]

【權(quán)利要求】
1.非相干多普勒激光雷達靈敏度的直接測量方法，包括w下步驟： (1) .通過調(diào)節(jié)激光雷達的掃描轉(zhuǎn)鏡，改變激光的發(fā)射方向，使激光束垂直向上發(fā)射； (2) .通過設(shè)置激光器的控制電壓，調(diào)節(jié)種子激光器激光晶體的溫度，W改變種子激光 的頻率，從而改變激光雷達發(fā)射激光的頻率； (3) .利用步驟2的改變激光雷達發(fā)射激光的頻率的方法，首先將發(fā)射激光頻率調(diào)節(jié)到 基準頻率V。處，對大氣后向散射光進行測量，得到徑向風速為Vws;?= 0時的零風速比值 r〇 ; 其特征在于包括W下步驟： (4) .利用步驟2的改變激光雷達發(fā)射激光的頻率的方法，將發(fā)射激光頻率調(diào)節(jié)到 Vu+A V處，對大氣后向散射光進行測量，得到徑向風速為- A V入/2時的風速比 Rw, +; 其中，A V是透過率為0.7時所對應(yīng)的頻率與基準頻率的偏差，A是激光波長A = 532nm ； (5) .利用步驟2的改變激光雷達發(fā)射激光的頻率的方法，將發(fā)射激光頻率調(diào)節(jié)到 V。- A V'處，對大氣后向散射光進行測量，得到徑向風速為A V' A/2時的風速 比 Rw,-; 其中，A V '是透過率為0. 3時所對應(yīng)的頻率與基準頻率的偏差，A是激光波長A = 532nm ; (6) .利用步驟3測得的零風速比值r。W及步驟4和步驟5測得的風速比和R",_， 通過最小二乘法求出dR"/dv，進而得到靈敏度S。如上述公式（1)中靈敏度的表達式。
【文檔編號】G01S7/497GK104345307SQ201410536193
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月12日
【發(fā)明者】劉秉義, 劉智深, 馮長中 申請人:中國海洋大學