激光雷達(dá)是將激光作為載波來對目標(biāo)進(jìn)行探測,具有較高分辨率以及較強(qiáng)的抗干擾能力,因此在大氣風(fēng)場探測、地理測繪、交通測速、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在大氣風(fēng)場探測領(lǐng)域,激光雷達(dá)主要是利用光的多普勒效應(yīng)來對激光與大氣粒子相互作用后的激光頻率的變化進(jìn)行探測,根據(jù)探測結(jié)果最后通過反演算法獲得風(fēng)場信息。從探測方式上來說,測量多普勒頻移主要有直接探測和相干探測兩種方式。本論文主要針對這兩種探測方式,分別設(shè)計了不同的激光雷達(dá)控制與采集系統(tǒng)。對于直接探測方式,通常的信號探測模式是使用單探測器,但是單探測器的缺點(diǎn)是會限制測風(fēng)雷達(dá)的動態(tài)范圍。當(dāng)探測距離為30km時,電子學(xué)系統(tǒng)的線性動態(tài)范圍要求達(dá)到了 5～6個數(shù)量級。在這種情況下,只采用模擬采樣或單光子計數(shù)方式便很難滿足需求。為了擴(kuò)大單探測器下的測風(fēng)雷達(dá)的動態(tài)范圍,我們設(shè)計了一套具有大動態(tài)范圍的基于單探測器的中高層激光測風(fēng)雷達(dá)讀出電子學(xué)系統(tǒng)。系統(tǒng)可以同時使用模擬采樣和光子計數(shù)方式來進(jìn)行探測。其中,模擬采樣方式用于探測近場強(qiáng)回波信號,光子計數(shù)方式用于探測遠(yuǎn)場弱回波信號。同時,為了提高雷達(dá)標(biāo)定的精確度,設(shè)計了積分采樣通道用于激光能量校準(zhǔn)。信號采集后,將模擬采... 

【文章頁數(shù)】：98 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 引言
    1.1 激光雷達(dá)的發(fā)展
        1.1.1 激光雷達(dá)的定義與用途
        1.1.2 激光雷達(dá)國外研究現(xiàn)狀
        1.1.3 激光雷達(dá)國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.2 激光雷達(dá)探測原理
        1.2.1 光的Doppler效應(yīng)
        1.2.2 直接探測方式
        1.2.3 相干探測方式
    1.3 激光雷達(dá)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
    1.4 本文主要研究內(nèi)容
第2章 激光雷達(dá)控制與采集系統(tǒng)需求分析
    2.1 355nm探測器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計需求
        2.1.1 355nm探測器系統(tǒng)需求
        2.1.2 355nm數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
    2.2 2μm探測器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計需求
        2.2.1 2μm探測器系統(tǒng)
        2.2.2 2μm數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
    2.3 激光雷達(dá)控制與采集系統(tǒng)總體設(shè)計方案
        2.3.1 355nm探測器系統(tǒng)總體設(shè)計方案
        2.3.2 2μm平衡探測器系統(tǒng)總體設(shè)計方案
    2.4 激光雷達(dá)控制與采集系統(tǒng)設(shè)計方案總結(jié)
第3章 激光雷達(dá)控制與采集系統(tǒng)分系統(tǒng)設(shè)計
    3.1 355nm多通道探測器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計
        3.1.1 PMT分壓電路的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)
        3.1.2 模擬采樣通道
        3.1.3 光子計數(shù)通道
        3.1.4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
    3.2 2μm平衡探測器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計
        3.2.1 平衡探測器
        3.2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
    3.3 激光雷達(dá)控制與采集系統(tǒng)電源設(shè)計
    3.4 數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計
第4章 系統(tǒng)測試及分析
    4.1 355nm多通道探測器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測試
        4.1.1 MOS管門控電路測試
        4.1.2 PMT分壓電路測試
        4.1.3 光電倍增管工作高壓的測試
        4.1.4 DAC的線性度測試
        4.1.5 光功率的標(biāo)定實(shí)驗
        4.1.6 模擬采樣通道的性能測試
        4.1.7 信號采集系統(tǒng)測試
    4.2 2μm平衡探測器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測試
        4.2.1 DAC的線性度測試
        4.2.2 平衡探測器的性能測試
        4.2.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)ADC有效位測試
    4.3 測試結(jié)果分析與評價
第5章 總結(jié)與展望
    5.1 總結(jié)
    5.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的研究成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]相干激光雷達(dá)中望遠(yuǎn)鏡的優(yōu)化及探測性能分析[J]. 賈曉東,孫東松,舒志峰,張飛飛,夏海云.  光學(xué)學(xué)報. 2015(03)
[2]All fiber pulsed coherent lidar development for wind profiles measurements in boundary layers[J]. 刁偉峰,張鑫,劉繼橋,竹孝鵬,劉源,畢徳倉,陳衛(wèi)標(biāo).  Chinese Optics Letters. 2014(07)
[3]瑞利散射激光雷達(dá)強(qiáng)光感生噪聲修正的新方法及大氣溫度探測[J]. 關(guān)塞,楊國韜,程學(xué)武,常岐海,楊勇,岳川,龔少華.  中國激光. 2014(07)
[4]相干激光測風(fēng)雷達(dá)信號處理系統(tǒng)研究[J]. 李河均,張鵬飛,潘靜巖,董光焰.  激光與紅外. 2013(10)
[5]三波長拉曼偏振激光雷達(dá)系統(tǒng)研制及探測個例[J]. 劉東,陶宗明,吳德成,王珍珠,王邦新,鐘志慶,伯廣宇,謝晨波,周軍,王英儉.  光學(xué)學(xué)報. 2013(02)
[6]Development of all-solid coherent Doppler wind lidar[J]. 竹孝鵬,劉繼橋,畢德倉,周軍,刁偉峰,陳衛(wèi)標(biāo).  Chinese Optics Letters. 2012(01)
[7]相干多普勒激光測風(fēng)雷達(dá)系統(tǒng)研究[J]. 李冬梅,鄭永超,潘靜巖,謝亞峰,董光焰.  光學(xué)技術(shù). 2010(06)
[8]Mobile Rayleigh Doppler wind lidar based on double-edge technique[J]. 唐磊,舒志峰,董吉輝,王國成,汪永濤,徐文靜,胡冬冬,陳廷娣,竇賢康,孫東松,Hyunki Cha.  Chinese Optics Letters. 2010(08)
[9]Analysis of saturation signal correction of the troposphere lidar[J]. 劉智深,李志剛,劉秉義,李榮忠.  Chinese Optics Letters. 2009(11)
[10]基于MCS-pci卡的激光雷達(dá)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J]. 陳綿云,張云鵬.  光電子.激光. 2008(04)

博士論文
[1]1.5μm波長全光纖多功能相干多普勒測風(fēng)激光雷達(dá)[D]. 王沖.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2019
[2]1.55μm相干測風(fēng)激光雷達(dá)樣機(jī)的研制[D]. 賈曉東.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2015
[3]可重構(gòu)激光雷達(dá)數(shù)據(jù)采集平臺研究[D]. 高昕.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2014
[4]激光雷達(dá)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框架研究[D]. 文斐.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2013
[5]2μm激光測風(fēng)雷達(dá)外差探測方法與關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 李彥超.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2012

碩士論文
[1]基于FPGA的激光雷達(dá)高速數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)的研究[D]. 韋宏.中國海洋大學(xué) 2012



本文編號：3734586