地球大氣層從地面往上,包括對(duì)流層、平流層、中間層、熱層和磁層等。其中對(duì)流層是密度最高的一層,它蘊(yùn)含了整個(gè)大氣層約80%的質(zhì)量,以及幾乎所有的水蒸氣及氣溶膠。對(duì)流層也是地球大氣層中天氣變化最復(fù)雜的一層,人類(lèi)在航空和日常生活中遇到的幾乎所有天氣變化都出現(xiàn)在這一層。對(duì)流層的風(fēng)場(chǎng)、大氣退偏振比等參數(shù)特性是風(fēng)能源開(kāi)發(fā)利用、航空安全、大型建筑物和重大工程的安全設(shè)計(jì)及城市規(guī)劃和防災(zāi)管理的關(guān)鍵參數(shù),也是大氣污染物稀釋、擴(kuò)散、輸送的重要參數(shù),因此對(duì)流層內(nèi)的大氣參數(shù)觀測(cè)至關(guān)重要。激光雷達(dá)使用激光的振幅、頻率、相位、偏振搭載信息,可以精確測(cè)距、測(cè)量頻移、測(cè)量目標(biāo)角度和偏振態(tài)。相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)具有結(jié)構(gòu)緊湊、高角分辨率、高空間和時(shí)間分辨率、高測(cè)量精度、大動(dòng)態(tài)范圍、遠(yuǎn)探測(cè)距離、多目標(biāo)探測(cè)、強(qiáng)抗干擾能力。本論文介紹了 1.5μm全光纖多功能相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)研制的過(guò)程,論文共分為三個(gè)章節(jié)。第一章為緒論。本章節(jié)介紹了相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)在提高風(fēng)能利用率、極端天氣預(yù)警、大氣污染監(jiān)測(cè)、大型建筑物安全保障和解決科學(xué)問(wèn)題上的應(yīng)用。對(duì)相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)的發(fā)展進(jìn)行了綜述和回顧。第二章為相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)的理論推導(dǎo)。基于BPLO方法推導(dǎo)出相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)載噪比的表達(dá)式,并引出天線效率的概念,進(jìn)一步對(duì)關(guān)鍵器件的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,提高整機(jī)載噪比。然后基于優(yōu)化后的系統(tǒng)參數(shù),使用蒙特卡洛仿真產(chǎn)生回波數(shù)據(jù)并處理,得到理論上的相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)性能。最后使用雷達(dá)實(shí)測(cè)結(jié)果與理論性能進(jìn)行對(duì)比,證明理論推導(dǎo)的正確性。第三章為相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。分別介紹了(1)1.5μm全光纖偏振相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)的設(shè)計(jì)方法和外場(chǎng)實(shí)驗(yàn);(2)使用聯(lián)合時(shí)頻分析方法提高相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)距離分辨率;(3)基于Golay脈沖編碼的相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng);(4)合肥地區(qū)PM_(2.5)與邊界層之間關(guān)系;(5)安慶地區(qū)激光雷達(dá)與探空氣球的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。通過(guò)以上5組實(shí)驗(yàn)充分驗(yàn)證了全光纖多功能相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)的穩(wěn)定性和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TN958.98;X831
【部分圖文】：

大規(guī)模開(kāi)發(fā)和商業(yè)化前景的新能源領(lǐng)域（嚴(yán)陸光ｅｔａｌ．，２００７）。根據(jù)中國(guó)風(fēng)能協(xié)會(huì)??發(fā)布的《２０１７年中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量簡(jiǎn)報(bào)》，從２００６年到２０１７年國(guó)內(nèi)風(fēng)機(jī)裝機(jī)??量如圖１．２所示。??在２００３年，英國(guó)的ＱｉｎｅｔｉＱ公司與ＤＴＵ合作，成立了后來(lái)的ＺｅｐｈＩＲ公司，??并將相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)用于風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，經(jīng)過(guò)十幾年發(fā)展，出現(xiàn)了基于??相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)的風(fēng)電廠選址評(píng)估（劉波ｅｔａｌ．，２０１６，李軍軍，吳政球，??２??

??餘腿??圖１．１用于機(jī)場(chǎng)的相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)??提高風(fēng)能利用率：風(fēng)力發(fā)電是新能源技術(shù)中，除水力發(fā)電外，最成熟，最具??大規(guī)模開(kāi)發(fā)和商業(yè)化前景的新能源領(lǐng)域（嚴(yán)陸光ｅｔａｌ．，２００７）。根據(jù)中國(guó)風(fēng)能協(xié)會(huì)??發(fā)布的《２０１７年中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量簡(jiǎn)報(bào)》，從２００６年到２０１７年國(guó)內(nèi)風(fēng)機(jī)裝機(jī)??量如圖１．２所示。??在２００３年，英國(guó)的ＱｉｎｅｔｉＱ公司與ＤＴＵ合作，成立了后來(lái)的ＺｅｐｈＩＲ公司，??并將相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)用于風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，經(jīng)過(guò)十幾年發(fā)展，出現(xiàn)了基于??相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)的風(fēng)電廠選址評(píng)估（劉波ｅｔａｌ．，２０１６，李軍軍，吳政球，??２??

其在橋梁牽引鋼索的過(guò)程中，風(fēng)湍流會(huì)導(dǎo)致?tīng)恳撍鳟a(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致鋼索的強(qiáng)度??下降，影響橋梁的性能。同時(shí)，橋梁的風(fēng)場(chǎng)分布也是橋梁設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，通過(guò)??使用相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)，可以實(shí)現(xiàn)大橋建造過(guò)程中風(fēng)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)。如圖１．３??所示，在Ｌｙｓｅ＾ｏｒｄＢｉｒｄｇｅ的建造過(guò)程中，使用了兩臺(tái)ＷｉｎｄＳｃａｎｎｅｒ的短距離相??干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)對(duì)大橋風(fēng)場(chǎng)分布進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，保障大橋建造的安全??（Ｃｈｅｙｎｅｔ?ｅｔ?ａｌ．，２０１７，Ｃｈｅｙｎｅｔ?ｅｔ?ａｌ＿，２０１６?，?Ｍｉｋｋｅｌｓｅｎ?ｅｔ?ａｌ．，?２０１７）。??Ｉ??圖１．３使用測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)保證大橋建造的安全??通過(guò)使用測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)觀測(cè)風(fēng)場(chǎng)信息，還可以解決一些科學(xué)問(wèn)題，比如使用??相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)觀測(cè)到重力波現(xiàn)象（Ｗｉｔｓｃｈａｓ?ｅｔ?ａｌ．，２０１７）。??１．２國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀??得益于光纖通信技術(shù)的發(fā)展，目前全光纖相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)發(fā)展迅速，??但是目前國(guó)際上尚無(wú)基于相干探測(cè)原理的，既能測(cè)風(fēng)又能測(cè)大氣退偏振比的全光??纖多功能相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)。研發(fā)具有多種大氣參數(shù)探測(cè)能力的
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2857961