【摘要】：目前,臨近空間是了解較少的大氣層區(qū)域,缺乏大氣探測數(shù)據(jù),包括風(fēng)場、溫度、密度和壓力。其中,大氣風(fēng)場數(shù)據(jù)是深入研究大氣動(dòng)力學(xué)和環(huán)境預(yù)警的最主要參數(shù)之一。在目前的全球或區(qū)域大氣環(huán)境觀測系統(tǒng)中,由于風(fēng)場觀測的覆蓋范圍的局限,已經(jīng)限制了空間大氣的深入研究。而測風(fēng)激光雷達(dá)是目前唯一能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)全球范圍三維風(fēng)場進(jìn)行高精度、高時(shí)空分辨率探測的工具,而基于Fabry-Perot標(biāo)準(zhǔn)具的雙邊緣技術(shù)是迄今比較成熟和有效的直接多普勒探測方法,它能夠?qū)崿F(xiàn)從地面到中間層范圍的風(fēng)場探測。分析討論了臨近空間測風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研制的關(guān)鍵技術(shù),給出了發(fā)射機(jī)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,提出了激光器頻率漂移解決方案：對(duì)接收機(jī)子系統(tǒng)光路進(jìn)行設(shè)計(jì),給出了參數(shù)優(yōu)化方案：給出了收發(fā)光學(xué)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,對(duì)接收機(jī)子系統(tǒng)研制過程中遇到的技術(shù)難題進(jìn)行了分析討論,研制了大口徑FP標(biāo)準(zhǔn)具,設(shè)計(jì)FP標(biāo)準(zhǔn)具的調(diào)諧控制軟件反饋回路及反饋電路,對(duì)鎖定通道脈沖光展寬光路進(jìn)行了改進(jìn),用積分球代替超長光纖對(duì)脈沖光進(jìn)行展寬,減小了光損耗,提高了鎖定通道探測信噪比,光強(qiáng)分布更加均勻。最終研制了精度高,穩(wěn)定性好的接收機(jī)子系統(tǒng)。設(shè)計(jì)研制了Fabry-Perot標(biāo)準(zhǔn)具透過率曲線的校準(zhǔn)系統(tǒng),開展了標(biāo)準(zhǔn)具透過率曲線校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn),校準(zhǔn)后的標(biāo)準(zhǔn)具透過率曲線參數(shù)和設(shè)計(jì)值一致,而且非常穩(wěn)定,提出了激光頻譜實(shí)驗(yàn)測量及反演方法,設(shè)計(jì)并搭建了試驗(yàn)裝置,并開展實(shí)驗(yàn)對(duì)激光頻譜進(jìn)行了測量,提出了瑞利一布里淵頻譜實(shí)驗(yàn)測量及反演方法,設(shè)計(jì)了試驗(yàn)裝置；分析討論了測風(fēng)激光雷達(dá)的大氣風(fēng)場長序列連續(xù)探測資料,得到了新疆地區(qū)高對(duì)流層和低平流層大氣風(fēng)場垂直分布特征,得到了酒泉地區(qū)臨近空間大氣風(fēng)場垂直分布特征,給出了臨近空間測風(fēng)激光雷達(dá)觀測重力波的示例,得到了酒泉地區(qū)重力波的特征參量。
[Abstract]:At present, adjacent space is less aware of atmospheric areas and lacks atmospheric sounding data, including wind fields, temperature, density and pressure. Among them, the atmospheric wind data is one of the most important parameters for the in-depth study of atmospheric dynamics and environmental early warning. In the present global or regional atmospheric environment observation system, the in-depth study of the space atmosphere has been limited due to the limitation of the coverage of wind field observation. At present, wind-measuring lidar is the only tool that can detect the three-dimensional wind field in the world with high precision and high spatial-temporal resolution. The two-sided edge technique based on Fabry-Perot is a mature and effective direct Doppler detection method, which can detect the wind field from the ground to the middle layer. This paper analyzes and discusses the key technologies of the design and development of the near-space wind-measuring lidar system, presents the design scheme of the transmitter subsystem, and puts forward the solution of laser frequency drift: the optical path of the receiver subsystem is designed, and the optical path of the receiver subsystem is designed. The parameter optimization scheme is given. The design scheme of the transceiver optical subsystem is given. The technical difficulties encountered in the development of the receiver subsystem are analyzed and discussed, and the large caliber FP standard tool is developed. The feedback loop and feedback circuit of tuning control software of FP are designed, and the pulse optical spreading path of locked channel is improved. The optical loss is reduced by using integral sphere instead of extra-long fiber to widen the pulse light. The detection signal-to-noise ratio of the locked channel is improved and the intensity distribution is more uniform. Finally, a receiver subsystem with high precision and good stability is developed. The calibration system of the Fabry-Perot standard transmittance curve is designed and developed. The calibration experiment of the standard transmittance curve is carried out. The parameters of the standard transmittance curve after calibration are consistent with the designed value, and the calibration system is very stable. The experimental measurement and inversion method of laser spectrum is put forward, the experimental equipment is designed and built, the laser spectrum is measured by experiment, the experimental measurement and inversion method of Rayleigh-Brillouin spectrum is put forward, and the experimental equipment is designed. In this paper, the long series data of wind field continuous detection by wind lidar are analyzed and discussed. The vertical distribution characteristics of wind field in high troposphere and low stratosphere in Xinjiang are obtained, and the vertical distribution characteristics of wind field in adjacent space in Jiuquan area are obtained. An example of near-space wind-measuring lidar observation of gravity waves is given, and the characteristic parameters of gravity waves in Jiuquan area are obtained.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN958.98

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本文編號(hào)：2452797