激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)技術(shù)激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)技術(shù)大氣風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)獲得的手段地球外表觀測(cè)系統(tǒng)地面、海面、風(fēng)散射儀等，只能提供外表大氣層的數(shù)據(jù)高空單層大氣觀測(cè)系統(tǒng)機(jī)載和星載的云圖變化的風(fēng)場(chǎng)推算數(shù)據(jù)，該方式覆蓋范圍受限高空多層大氣觀測(cè)系統(tǒng)無線電探空儀和衛(wèi)星探測(cè)器，無線電探空儀能夠提供風(fēng)場(chǎng)的垂直分布情況，但是它主要是在北半球的陸地，很難給出大覆蓋范圍的觀測(cè)數(shù)據(jù)大氣風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)獲得的手段地球外表觀測(cè)系統(tǒng)激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)技術(shù)特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：〔與其它方式比較〕空間分辨率高〔角分辨率rad量級(jí)〕時(shí)間分辨率高高測(cè)量精度〔低對(duì)流層<1m/s，中高層<3m/s〕覆蓋范圍大〔全球范圍〕，適合星載平臺(tái)全球的分子散射測(cè)量：尤其在海洋或南半球氣溶膠散射測(cè)量：在低大氣層和陸地上空劣勢(shì)：適合晴天工作，大氣穿透能力差〔不適合霧、雨、雪天〕近地面水平作用距離有限〔由于大氣衰減〕激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)技術(shù)特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：〔與其它方式比較〕非相干DIALCO2脈沖激光器發(fā)展二極管泵浦單頻可更換惡劣條件長(zhǎng)壽命2m1m大氣層:低層高層相干測(cè)風(fēng)X3非相干測(cè)風(fēng)OPO泵浦非相干DIALO3高精度高分辨率低對(duì)流層和云全球范圍中分辨率中精度中高層大氣0.30-0.32mm相干海洋、河流表面流速高功率激光測(cè)高儀混合型激光雷達(dá)0.355mm共性問題全球激光雷達(dá)探測(cè)戰(zhàn)略〔1〕非相干脈沖激光器發(fā)展二極管泵浦2m1m大氣層:相干測(cè)全球激光雷達(dá)探測(cè)戰(zhàn)略〔2〕全球激光雷達(dá)探測(cè)戰(zhàn)略〔2〕WMO的全球風(fēng)測(cè)量技術(shù)指標(biāo)單位理想要求最低要求邊界層對(duì)流層平流層低對(duì)流層高對(duì)流層平流層垂直范圍km0-22-1616-300-55-1616-20垂直分辨率km0.10.52.051010風(fēng)分布數(shù)/hour30,000100風(fēng)分布間距km50>500時(shí)間采樣hour312測(cè)量精度m/s1.51.52555水平積分區(qū)域km5050WMO的全球風(fēng)測(cè)量技術(shù)指標(biāo)單位理想要求最低要求邊界層對(duì)流層平激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)技術(shù)開展趨勢(shì)工作波段趨向短波長(zhǎng)探測(cè)方式

相干外差探測(cè)

非相干直接探測(cè)工作波長(zhǎng)10mm2mm1.5mm1.06mm532nm355nm激光器狀態(tài)CO2激光器Tm:YLuAGTmHo:YAGRaman激光器OPO-Nd:YAGEr激光器Nd:YAG倍頻Nd:YAG可見光三倍頻Nd:YAG優(yōu)點(diǎn)寬帶探測(cè)可調(diào)諧本振相干非相干最佳的激光技術(shù)硅探測(cè)器分子散射探測(cè)對(duì)象MieMieMieMieMieRayleighMieRayleigh激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)技術(shù)開展趨勢(shì)工作波段趨向短波長(zhǎng)探測(cè)方式相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)的分類直探式（相對(duì)強(qiáng)度檢測(cè)）邊緣技術(shù)單邊緣、雙邊緣條紋技術(shù)環(huán)形條紋、直列條紋分子吸收技術(shù)I2分子吸收相干式（直接頻率檢測(cè)FFT）外差技術(shù)本振光與信號(hào)光自差技術(shù)多頻率發(fā)射光本身超外差技術(shù)本振光與多頻率信號(hào)光激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)的分類直探式（相對(duì)強(qiáng)度檢測(cè)）大氣分子或氣溶膠散射產(chǎn)生的多普勒頻移根據(jù)動(dòng)量守恒和能量守恒定理：大氣分子或氣溶膠散射產(chǎn)生的多普勒頻移：對(duì)于前向散射

對(duì)于后向散射

大氣分子或氣溶膠散射產(chǎn)生的多普勒頻移根據(jù)動(dòng)量守恒和能量守恒原子吸收產(chǎn)生的多普勒頻移原子共振吸收頻率為：

根據(jù)動(dòng)量守恒和能量守恒定理：多普勒頻移為：

原子吸收截面由于多普勒頻移而展寬：

原子吸收產(chǎn)生的多普勒頻移原子共振吸收頻率為：根據(jù)動(dòng)量守恒和對(duì)于原子自發(fā)輻射有：

根據(jù)動(dòng)量守恒和能量守恒定理：多普勒頻移：

自發(fā)輻射光子與紊亂光子之間的多普勒頻移：

在后向散射情況下，其多普勒頻移：

對(duì)于原子自發(fā)輻射有：根據(jù)動(dòng)量守恒和能量守恒定理：多普勒頻移相干探測(cè)測(cè)風(fēng)技術(shù)原理：假設(shè)本振光頻率fLO、激光脈沖發(fā)射頻率f0=fLO+foffset、信號(hào)回波頻率fsig=f0+f，則在光混頻后得到和頻和差頻，即這時(shí)探測(cè)器只能響應(yīng)低頻部分，即中頻信號(hào)：散射信號(hào)在窄帶濾波時(shí)變得很強(qiáng)精度：原則上沒有偏差測(cè)量準(zhǔn)確性：不決定于風(fēng)速相干探測(cè)測(cè)風(fēng)技術(shù)原理：假設(shè)本振光頻率fLO、激光脈沖發(fā)射頻率直接探測(cè)測(cè)風(fēng)技術(shù)原理：不使用本振光進(jìn)行解調(diào)，直接使用光頻鑒頻器或光譜分析儀，將多普勒頻移轉(zhuǎn)變成光強(qiáng)/光功率的變化，或轉(zhuǎn)化成光強(qiáng)/光功率的空間分布；光頻譜分辨儀器主要采用以下三種類型：（1）原子吸收線，例如Na、K和Fe，使用全部共振吸收譜線（2）邊緣濾波器，利用分子吸收線邊緣發(fā)射（如I2吸收線），或光干涉儀（如F-P標(biāo)準(zhǔn)具）邊緣發(fā)射（3）光干涉儀條紋圖像(Fringepatternimaging)（4）主要思路：光強(qiáng)變化率頻移徑向速度；

光強(qiáng)變化量頻移徑向速度；

光強(qiáng)空間分布頻移徑向速度；直接探測(cè)測(cè)風(fēng)技術(shù)原理：不使用本振光進(jìn)行解調(diào)，直接使用光頻鑒頻原子吸收線：頻率分析器光強(qiáng)變化率與風(fēng)速和溫度變化曲線原子吸收線：頻率分析器光強(qiáng)變化率與風(fēng)速和溫度變化曲線單邊緣濾波器：頻率分析器單邊緣濾波器：頻率分析器雙邊緣濾波器：頻率分析器雙邊緣濾波器：頻率分析器條紋圖像：頻率分析器高分辨率光干涉儀產(chǎn)生空間輻照度分布，亦即代表接收面信號(hào)光譜平均頻率利用其中一個(gè)圖樣估計(jì)，即鎖定峰值照度，計(jì)算照度分布的一階統(tǒng)計(jì)量，類似于被動(dòng)干涉儀，利用同心環(huán)直徑確定頻移條紋圖像：頻率分析器高分辨率光干涉儀產(chǎn)生空間輻照度分布，亦即矢量風(fēng)速反演方法矢量風(fēng)速V(u,v,w)是少需要三個(gè)獨(dú)立的徑向速度估計(jì)理想情況下：矢量風(fēng)速應(yīng)該在空間某一點(diǎn)同時(shí)測(cè)量出它的三個(gè)方向的速度值，即至少需要三部激光雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)際情況下：確定風(fēng)場(chǎng)的水平方向，利用激光雷達(dá)的掃描技術(shù)確定風(fēng)速的矢量。常用以下兩種掃描技術(shù)：速度方位顯示掃描技術(shù)(Velocity-azimuth-display,VAD)，即激光雷達(dá)光束以固定傾角進(jìn)展圓錐形掃描多普勒光束定向擺動(dòng)掃描技術(shù)(Doppler-Beam-Swinging，DBS)，即點(diǎn)激光雷達(dá)光束垂直指向并向東傾斜和向北傾斜矢量風(fēng)速反演方法矢量風(fēng)速V(u,v,w)是少需要三個(gè)多普勒激光雷達(dá)掃描技術(shù)：在底部，VAD掃描；在上部，DRS掃描多普勒激光雷達(dá)掃描技術(shù)：在底部，VAD掃描；在上部，DRS掃VAD掃描矢量風(fēng)場(chǎng)反演對(duì)于VAD掃描：仰角是常量，方位角是變量，徑向速度vR是測(cè)量量，(u,v,w)滿足下式：徑向速度vR可以由v、u和w組成，緯度風(fēng)速分量usincos,子午線速度分量vcoscos,垂直速度分量wsin,-方位角，向北順時(shí)針，仰角。上式還可表示為：a：補(bǔ)償量，b:振幅，max周相位移動(dòng)VAD掃描矢量風(fēng)場(chǎng)反演對(duì)于VAD掃描：仰角是常量，方位激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)技術(shù)完整版課件DBS掃描矢量風(fēng)場(chǎng)反演-天頂角VRZ,VRE,VRN

分別是徑向速度垂直、東向傾斜和北向傾斜分量DBS掃描矢量風(fēng)場(chǎng)反演-天頂角VRZ,VRE,VR改進(jìn)型DBS掃描矢量風(fēng)場(chǎng)反演激光雷達(dá)波束分別是垂直向、向北、向東、向南和向西VR>0,w>0,u>0,v>0改進(jìn)型DBS掃描矢量風(fēng)場(chǎng)反演激光雷達(dá)波束分別是垂直向、向北、相干激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)結(jié)構(gòu)Masteroscillator(MO)是穩(wěn)定單頻連續(xù)激光器。移頻器(AO-M)使發(fā)射光束產(chǎn)生固定頻偏。后向散射信號(hào)與MO混頻產(chǎn)生差頻信號(hào)，其中包含散射體多普勒效應(yīng)的徑向速度。相干激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)結(jié)構(gòu)Masteroscillator(M相干激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)波長(zhǎng)選擇

原那么上，相干激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)可以選擇任意波長(zhǎng)，只要其不在共振吸收峰上。氣溶膠〔米氏散射〕散射與分子散射〔瑞利散射〕相比，在頻譜分析上更有優(yōu)勢(shì)。分子散射截面與-4成比例，氣溶膠散射與-2或+1成比例。優(yōu)勢(shì)選擇適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)，可以同時(shí)利用分子散射和氣溶膠散射。長(zhǎng)波長(zhǎng)可以減小分子散射，一般相干激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)的波長(zhǎng)選擇在1~11m相干激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)波長(zhǎng)選擇原那么上，相干激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)可以選擇MOPA與SOPA發(fā)射機(jī)比較種子注入再生放大和功率放大激光器“SOPAisinjection-seededslaveoscillatorandpoweramplifier〞種子激光是低功率的單頻連續(xù)激光器再生放大器是高功率調(diào)Q脈沖激光器主振蕩和功率放大激光器MOPAismasteroscillatorandpoweramplifier.對(duì)于相干探測(cè)，發(fā)射機(jī)必須有非常窄的帶寬〔如1MHz〕對(duì)于脈沖發(fā)射，必須有比較長(zhǎng)的脈沖寬度，以便改善非常有限的頻譜寬度。MOPA與SOPA發(fā)射機(jī)比較種子注入再生放大和功率放大NOAAmini-MOPACO2CoherentLidar

NOAAmini-MOPACO2CoherentLiNOAAHRDL(ASOPALidar)

NOAAHRDL(ASOPALidar)直接探測(cè)激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)構(gòu)造發(fā)射機(jī):必須是單頻激光器（穩(wěn)頻窄線寬），如倍頻532nm、三倍頻355nm或四倍頻266nm;接收機(jī)：如果測(cè)量精度為1m/s，則頻率分辨率=2v/=5.6MHz（對(duì)于532nm)直接探測(cè)激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)構(gòu)造發(fā)射機(jī):必須是單頻激光器（穩(wěn)頻窄線激光雷達(dá)的后向散射信號(hào)光子探測(cè)器頻率發(fā)射激光接收信號(hào)多普勒頻移信號(hào)譜分析儀時(shí)間接收信號(hào)發(fā)射激光卷云大氣粒子風(fēng)矢量激光器天線激光雷達(dá)的后向散射信號(hào)光子探測(cè)器頻率發(fā)射激光接收信號(hào)多普勒頻時(shí)間－空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系時(shí)間t距離r接收信號(hào)強(qiáng)度發(fā)射激光脈沖卷云tr頻率發(fā)射激光接收信號(hào)多普勒頻移信號(hào)Dnd時(shí)間－空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系時(shí)間t接收信號(hào)強(qiáng)度發(fā)射激光脈沖卷云t后向散射信號(hào)的頻譜

分子散射譜寬度～3.0GHz

氣溶膠散射譜寬度～發(fā)射激光譜寬度（約90MHz）后向散射信號(hào)的頻譜分子散射譜寬度～3.0GHz雙F-P標(biāo)準(zhǔn)具多普勒檢測(cè)雙F-P標(biāo)準(zhǔn)具多普勒檢測(cè)Mie散射和分子散射速度測(cè)量中心n10

中心n20

雙通道F-P標(biāo)準(zhǔn)具

探測(cè)器探測(cè)器中心n10

中心n20

雙通道F-P標(biāo)準(zhǔn)具

探測(cè)器探測(cè)器Mie散射和分子散射速度測(cè)量中心n10中心n20雙通道FNASA/Goddard車載測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)參數(shù)指標(biāo)激光器：波長(zhǎng)355nm脈沖能量70mJ重復(fù)頻率50Hz望遠(yuǎn)鏡：口徑FOV45cm0.2mrad掃描方式XY雙軸半空間測(cè)量范圍1.8~35km距離分辨率0.25km@<3km1km@>3kmNASA/Goddard車載測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)參數(shù)指標(biāo)激光MAC地基測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)參數(shù)指標(biāo)激光器：波長(zhǎng)355nm,532nm脈沖能量400mJ重復(fù)頻率10Hz望遠(yuǎn)鏡：口徑50cm掃描方式經(jīng)緯儀平臺(tái)測(cè)量范圍距離分辨率0.5~20km0.25kmMAC地基測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)參數(shù)指標(biāo)激光器：波長(zhǎng)355nm法國OHP觀測(cè)站參數(shù)指標(biāo)激光器：波長(zhǎng)532nm脈沖能量330mJ重復(fù)頻率30Hz望遠(yuǎn)鏡：口徑FOV450cm0.1mrad掃描方式固定(3＋1)方位測(cè)量范圍距離分辨率8~55km0.15km法國OHP觀測(cè)站參數(shù)指標(biāo)激光器：波長(zhǎng)532nm脈沖能ESA/ADM—Aeolus全球激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)參數(shù)指標(biāo)衛(wèi)星軌道高度平均400km軌道類型極間太陽同步俯角35有效天線口徑1.1m工作波長(zhǎng)355nm發(fā)射機(jī)功率13W@100Hz高度范圍(米+瑞利)-1~26.5km(可擴(kuò)展)垂直分辨率1km(可調(diào))水平積分長(zhǎng)度3.5km(可調(diào))信號(hào)處理距離50kmESA/ADM—Aeolus全球激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)參數(shù)指歐洲航天局的ALADIN方案

ALADIN(AtmosphericLaserDopplerLidarINstrument)

紫外波段激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)

2007年發(fā)射全球三維風(fēng)場(chǎng)輪廓測(cè)量，滿足將來全球觀測(cè)系統(tǒng)（GOS）的要求進(jìn)一步研究高級(jí)大氣模型，對(duì)大氣進(jìn)行更深入的分析和研究

2005年12月21日進(jìn)行首次飛行實(shí)驗(yàn)，機(jī)載系統(tǒng)的正確性，同時(shí)還要采集數(shù)據(jù)以檢驗(yàn)算法。這次的飛行活動(dòng)，還將為下一次，2007年初更加深入更加全面的飛行實(shí)驗(yàn)打下基礎(chǔ)。歐洲航天局的ALADIN方案ALADIN(AtmospALADIN工作示意圖ALADIN工作示意圖ALADIN裝調(diào)局部照片ALADIN裝調(diào)局部照片相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)〔1〕相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)經(jīng)歷了三個(gè)開展階段：10.6m(CO2)相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)1.06m(YAG)相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)2m(Tm:YAG,Tm,Ho:YLF〕相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)〔1〕相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)經(jīng)歷了技術(shù)參數(shù)技術(shù)指標(biāo)波長(zhǎng)(m)10.6脈沖能量(mJ)10脈沖寬度(ns)2000脈沖重復(fù)頻率(Hz)100掃描器/望遠(yuǎn)鏡(mm)150距離分辨率0.05徑向速度精度(m/s)1最遠(yuǎn)作用距離(km)4洛-馬公司機(jī)載CO2相干激光多普勒雷達(dá)技術(shù)參數(shù)技術(shù)指標(biāo)波長(zhǎng)(m)10.6脈沖能量(mJ)10脈沖CLAWS-YAG相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)技術(shù)參數(shù)技術(shù)指標(biāo)波長(zhǎng)(m)1.06YAG脈沖能量(mJ)1000脈沖寬度(ns)8脈沖重復(fù)頻率(Hz)10掃描器/望遠(yuǎn)鏡(mm)200徑向速度精度(m/s)1最遠(yuǎn)作用距離(km)271993年CLAWS(CoherentAtmosphericWindSounder)已裝備肯尼迪航天中心CLAWS-YAG相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)技術(shù)參數(shù)技術(shù)指標(biāo)波長(zhǎng)CLAWS-YAG原理光路圖CLAWS-YAG原理光路圖激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)技術(shù)完整版課件2m相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)〔1〕2m相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)LD泵浦2m激光器，小型化相干激光雷達(dá)理想光源之一2m，大氣窗口，大氣透過率，優(yōu)于傳統(tǒng)的1.06mYAG激光器和10.6mCO2激光器與藍(lán)綠或紫外直探式激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)相比，2m紅外波段，人眼安全(1.4以上)

，軍事保密性強(qiáng)脈沖外差體制，較容易能實(shí)現(xiàn)高靈敏度、高精度大氣風(fēng)場(chǎng)探測(cè)2m相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)〔1〕2m相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷2m激光器的研究現(xiàn)狀單摻雜2m激光器〔室溫，低能量〕Tm:YAG〔釔鋁石榴石〕Tm:LuAG〔镥鋁石榴石〕雙摻雜2m激光器〔低溫，高能量〕Tm,Ho:YAG〔釔鋁石榴石〕Tm,Ho:YLF〔氟化釔鋰〕激光器Tm,Ho:GdVO4〔釩酸釓)Tm,Ho:LuAG〔镥鋁石榴石〕Tm,Ho:LuLF〔氟化镥鋰〕Tm,Ho:KLF；Tm,Ho:GLFTm激光器泵浦Ho激光器2m激光器的研究現(xiàn)狀單摻雜2m激光器〔室溫，低能量〕室溫下LuLF和YLF性能比較反射率LuLFYLF閾值(J)斜率閾值(J)斜率0.980.940.900.820.41240.45470.17310.14850.17760.19310.17310.14850.47270.51620.56530.66370.14510.15180.14760.1114材料閾值(J)斜率一般模式調(diào)QLuLF0.610.1220.041YLF0.690.1190.039室溫下LuLF和YLF性能比較反射率LuLFYLF閾值(J)幾種Tm,Ho雙摻雜激光物質(zhì)比較YLF5%Tm,0.5%HoLuAG5%Tm,0.5%HoGdVO43%Tm,0.3%HoLuLF5%Tm,0.5%Ho閾值斜率效率輸出能量116mJ7.3%15.7mJ151mJ10.8%20.0mJ151mJ12.1%24.1mJ132mJ12.6%26.8mJ幾種Tm,Ho雙摻雜激光物質(zhì)比較YLFLuAGGdVO4LNASALaRCJirongYU博士的工作NASALaRCJirongYU博士的工作NASALaRCJirongYU博士的工作NASALaRCJirongYU博士的工作激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)技術(shù)完整版課件1995年10陣列LD-3.6J22路冷卻2002年6陣列LD-3.6J8路冷卻2003年6陣列LD-3.6J4路冷卻2004年6陣列LD-3.6J1995年2002年2003年2004年2m種子激光器技術(shù)微腔耦合腔標(biāo)準(zhǔn)具單向環(huán)形腔2m種子激光器技術(shù)微腔耦合腔標(biāo)準(zhǔn)具單向環(huán)形腔2m激光泵浦技術(shù)縱向（端面）泵浦技術(shù)泵浦光與激光振蕩模式匹配能量利用率高，光束質(zhì)量好耦合效率高，連續(xù)泵浦，高重頻橫向（側(cè)面）泵浦技術(shù)耦合光學(xué)系統(tǒng)簡(jiǎn)單泵浦光注入能量大，高能量輸出模式匹配不佳，耦合效率低；脈沖泵浦，重頻低2m激光泵浦技術(shù)縱向（端面）泵浦技術(shù)2m激光調(diào)Q脈沖技術(shù)M4M1M3M2Q-SwitchEtalonTm,Ho:YLF四鏡環(huán)形腔結(jié)構(gòu)2m激光調(diào)Q脈沖技術(shù)M4M1M3M2Q-SwitchEta2m相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)1990年美國相干技術(shù)公司(CTI)研制出世界上第一臺(tái)2m相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)2001年“NOSA〞TODWL(TwinOtterDopplerWindLidar)〔2001NOSA海軍機(jī)載〕GWOLF(GroundbasedwindObservingLidarFacility)2001年NASA的VALIDAR(ValidationLIDAR)WinTrace〔美國CTI相干公司開發(fā)的商用機(jī)型〕JEM-CDL(JapaneseExperimentModule-CoherentDopplerLidar)(NASA與日本航天局國際空間站〕2m相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)1990年美國相干技術(shù)公司(CTTODWL相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)技術(shù)參數(shù)技術(shù)指標(biāo)波長(zhǎng)(m)2.05脈沖能量(mJ)2~3脈沖寬度(ns)500脈沖重復(fù)頻率(Hz)200掃描器/望遠(yuǎn)鏡(mm)100距離分辨率(m)50~100徑向速度精度(m/s)1最遠(yuǎn)作用距離(km)10~15TODWL相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)技術(shù)參數(shù)技術(shù)指標(biāo)波長(zhǎng)(m)GWOLF相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)技術(shù)參數(shù)技術(shù)指標(biāo)波長(zhǎng)(m)2.05（人眼安全）脈沖能量(mJ)2-3脈沖重復(fù)頻率(Hz)500掃描器/望遠(yuǎn)鏡(mm)(±120；±30)/10cm距離分辨率(m)0.5徑向速度精度(m/s)0.05風(fēng)速分量精度(m/s)0.1,30度VAD和LADSA最遠(yuǎn)作用距離(km)10GWOLF相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)技術(shù)參數(shù)技術(shù)指標(biāo)波長(zhǎng)(m)VILIDAR相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)技術(shù)參數(shù)技術(shù)指標(biāo)波長(zhǎng)（m）2.05（人眼安全）脈沖能量（mJ）50-150脈沖重復(fù)頻率(Hz）5~10掃描器/望遠(yuǎn)鏡(mm)100距離分辨率（m）0.5徑向速度精度（m/s）0.05風(fēng)速分量精度（m/s）0.1,采用30度VAD和LADSA最遠(yuǎn)作用距離(km)25VILIDAR相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)技術(shù)參數(shù)技術(shù)指標(biāo)波長(zhǎng)（WinTrace相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)(1)WinTrace相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)(1)WinTrace相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)(2)WinTrace相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)(2)WinTrace原理光路圖WinTrace原理光路圖技術(shù)參數(shù)技術(shù)指標(biāo)脈沖重復(fù)頻率500Hz±10Hz脈沖能量2mJ脈沖寬度500ns系統(tǒng)效率>10%波長(zhǎng)2022.5nm(Tm:YAG)孔徑10cm距離分辨率100m最大不模糊徑向速度±20ms-1±40ms-1(擴(kuò)展)探測(cè)距離400m~10km掃描系統(tǒng)參數(shù)技術(shù)指標(biāo)孔徑11.6cm方位范圍360度俯仰范圍0-180度最大掃描速度20度/分鐘定位精度±0.1度位置分辨率±0.01度位置重復(fù)率±0.05度WinTrace相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)(3)雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)掃描系統(tǒng)參數(shù)技術(shù)參數(shù)技術(shù)指標(biāo)脈沖重復(fù)頻率500Hz±10Hz脈沖能量2JEM-CDL相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)技術(shù)參數(shù)技術(shù)指標(biāo)波長(zhǎng)(m)2.051YLF脈沖能量(mJ)2000脈沖寬度(ns)800脈沖重復(fù)頻率(Hz)10掃描器/望遠(yuǎn)鏡(mm)200徑向速度精度(m/s)1~2,3~4JEM-CDL相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)技術(shù)參數(shù)技術(shù)指標(biāo)波長(zhǎng)(種子注入再生放大和功率放大激光器CLAWS-YAG原理光路圖掃描器/望遠(yuǎn)鏡(mm)Tm,Ho:YLF全球三維風(fēng)場(chǎng)輪廓測(cè)量，滿足將來全球觀測(cè)系統(tǒng)（GOS）的要求掃描器/望遠(yuǎn)鏡(mm)Tm激光器泵浦Ho激光器NASA/Goddard車載測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)根據(jù)動(dòng)量守恒和能量守恒定理：泵浦光注入能量大，高能量輸出光頻譜分辨儀器主要采用以下三種類型：2m(Tm:YAG,Tm,Ho:YLF〕相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)雙摻雜2m激光器〔低溫，高能量〕2m激光調(diào)Q脈沖技術(shù)Tm,Ho:YAG〔釔鋁石榴石〕（2）邊緣濾波器，利用分子吸收線邊緣發(fā)射（如I2吸收線），或光干涉儀（如F-P標(biāo)準(zhǔn)具）邊緣發(fā)射6MHz（對(duì)于532nm)微脈沖相干多普勒激光雷達(dá)原理微脈沖相干多普勒激光雷達(dá)原理N個(gè)脈沖積累;相干積累時(shí)間為T.

分辨率為：t/T

種子注入再生放大和功率放大激光器微脈沖相干多普勒激光雷達(dá)原理本振光線寬本振光線寬風(fēng)向的判別外差信號(hào)：外差信號(hào)正交解調(diào)：低通濾波：風(fēng)向的判別外差信號(hào)：外差信號(hào)正交解調(diào)：低通濾波：距離—多普勒模糊

利用調(diào)焦和編碼減小速度模糊問題距離—多普勒模糊利用調(diào)焦和編碼減小速度模糊問題與距離相關(guān)的回波功率~1detectedphotonperpulseperrangegateOverallsystemM2~1.3與距離相關(guān)的回波功率~1detectedphoton激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)技術(shù)完整版課件72激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)技術(shù)激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)技術(shù)大氣風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)獲得的手段地球外表觀測(cè)系統(tǒng)地面、海面、風(fēng)散射儀等，只能提供外表大氣層的數(shù)據(jù)高空單層大氣觀測(cè)系統(tǒng)機(jī)載和星載的云圖變化的風(fēng)場(chǎng)推算數(shù)據(jù)，該方式覆蓋范圍受限高空多層大氣觀測(cè)系統(tǒng)無線電探空儀和衛(wèi)星探測(cè)器，無線電探空儀能夠提供風(fēng)場(chǎng)的垂直分布情況，但是它主要是在北半球的陸地，很難給出大覆蓋范圍的觀測(cè)數(shù)據(jù)大氣風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)獲得的手段地球外表觀測(cè)系統(tǒng)激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)技術(shù)特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：〔與其它方式比較〕空間分辨率高〔角分辨率rad量級(jí)〕時(shí)間分辨率高高測(cè)量精度〔低對(duì)流層<1m/s，中高層<3m/s〕覆蓋范圍大〔全球范圍〕，適合星載平臺(tái)全球的分子散射測(cè)量：尤其在海洋或南半球氣溶膠散射測(cè)量：在低大氣層和陸地上空劣勢(shì)：適合晴天工作，大氣穿透能力差〔不適合霧、雨、雪天〕近地面水平作用距離有限〔由于大氣衰減〕激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)技術(shù)特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：〔與其它方式比較〕非相干DIALCO2脈沖激光器發(fā)展二極管泵浦單頻可更換惡劣條件長(zhǎng)壽命2m1m大氣層:低層高層相干測(cè)風(fēng)X3非相干測(cè)風(fēng)OPO泵浦非相干DIALO3高精度高分辨率低對(duì)流層和云全球范圍中分辨率中精度中高層大氣0.30-0.32mm相干海洋、河流表面流速高功率激光測(cè)高儀混合型激光雷達(dá)0.355mm共性問題全球激光雷達(dá)探測(cè)戰(zhàn)略〔1〕非相干脈沖激光器發(fā)展二極管泵浦2m1m大氣層:相干測(cè)全球激光雷達(dá)探測(cè)戰(zhàn)略〔2〕全球激光雷達(dá)探測(cè)戰(zhàn)略〔2〕WMO的全球風(fēng)測(cè)量技術(shù)指標(biāo)單位理想要求最低要求邊界層對(duì)流層平流層低對(duì)流層高對(duì)流層平流層垂直范圍km0-22-1616-300-55-1616-20垂直分辨率km0.10.52.051010風(fēng)分布數(shù)/hour30,000100風(fēng)分布間距km50>500時(shí)間采樣hour312測(cè)量精度m/s1.51.52555水平積分區(qū)域km5050WMO的全球風(fēng)測(cè)量技術(shù)指標(biāo)單位理想要求最低要求邊界層對(duì)流層平激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)技術(shù)開展趨勢(shì)工作波段趨向短波長(zhǎng)探測(cè)方式

相干外差探測(cè)

非相干直接探測(cè)工作波長(zhǎng)10mm2mm1.5mm1.06mm532nm355nm激光器狀態(tài)CO2激光器Tm:YLuAGTmHo:YAGRaman激光器OPO-Nd:YAGEr激光器Nd:YAG倍頻Nd:YAG可見光三倍頻Nd:YAG優(yōu)點(diǎn)寬帶探測(cè)可調(diào)諧本振相干非相干最佳的激光技術(shù)硅探測(cè)器分子散射探測(cè)對(duì)象MieMieMieMieMieRayleighMieRayleigh激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)技術(shù)開展趨勢(shì)工作波段趨向短波長(zhǎng)探測(cè)方式相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)的分類直探式（相對(duì)強(qiáng)度檢測(cè)）邊緣技術(shù)單邊緣、雙邊緣條紋技術(shù)環(huán)形條紋、直列條紋分子吸收技術(shù)I2分子吸收相干式（直接頻率檢測(cè)FFT）外差技術(shù)本振光與信號(hào)光自差技術(shù)多頻率發(fā)射光本身超外差技術(shù)本振光與多頻率信號(hào)光激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)的分類直探式（相對(duì)強(qiáng)度檢測(cè)）大氣分子或氣溶膠散射產(chǎn)生的多普勒頻移根據(jù)動(dòng)量守恒和能量守恒定理：大氣分子或氣溶膠散射產(chǎn)生的多普勒頻移：對(duì)于前向散射

對(duì)于后向散射

大氣分子或氣溶膠散射產(chǎn)生的多普勒頻移根據(jù)動(dòng)量守恒和能量守恒原子吸收產(chǎn)生的多普勒頻移原子共振吸收頻率為：

根據(jù)動(dòng)量守恒和能量守恒定理：多普勒頻移為：

原子吸收截面由于多普勒頻移而展寬：

原子吸收產(chǎn)生的多普勒頻移原子共振吸收頻率為：根據(jù)動(dòng)量守恒和對(duì)于原子自發(fā)輻射有：

根據(jù)動(dòng)量守恒和能量守恒定理：多普勒頻移：

自發(fā)輻射光子與紊亂光子之間的多普勒頻移：

在后向散射情況下，其多普勒頻移：

對(duì)于原子自發(fā)輻射有：根據(jù)動(dòng)量守恒和能量守恒定理：多普勒頻移相干探測(cè)測(cè)風(fēng)技術(shù)原理：假設(shè)本振光頻率fLO、激光脈沖發(fā)射頻率f0=fLO+foffset、信號(hào)回波頻率fsig=f0+f，則在光混頻后得到和頻和差頻，即這時(shí)探測(cè)器只能響應(yīng)低頻部分，即中頻信號(hào)：散射信號(hào)在窄帶濾波時(shí)變得很強(qiáng)精度：原則上沒有偏差測(cè)量準(zhǔn)確性：不決定于風(fēng)速相干探測(cè)測(cè)風(fēng)技術(shù)原理：假設(shè)本振光頻率fLO、激光脈沖發(fā)射頻率直接探測(cè)測(cè)風(fēng)技術(shù)原理：不使用本振光進(jìn)行解調(diào)，直接使用光頻鑒頻器或光譜分析儀，將多普勒頻移轉(zhuǎn)變成光強(qiáng)/光功率的變化，或轉(zhuǎn)化成光強(qiáng)/光功率的空間分布；光頻譜分辨儀器主要采用以下三種類型：（1）原子吸收線，例如Na、K和Fe，使用全部共振吸收譜線（2）邊緣濾波器，利用分子吸收線邊緣發(fā)射（如I2吸收線），或光干涉儀（如F-P標(biāo)準(zhǔn)具）邊緣發(fā)射（3）光干涉儀條紋圖像(Fringepatternimaging)（4）主要思路：光強(qiáng)變化率頻移徑向速度；

光強(qiáng)變化量頻移徑向速度；

光強(qiáng)空間分布頻移徑向速度；直接探測(cè)測(cè)風(fēng)技術(shù)原理：不使用本振光進(jìn)行解調(diào)，直接使用光頻鑒頻原子吸收線：頻率分析器光強(qiáng)變化率與風(fēng)速和溫度變化曲線原子吸收線：頻率分析器光強(qiáng)變化率與風(fēng)速和溫度變化曲線單邊緣濾波器：頻率分析器單邊緣濾波器：頻率分析器雙邊緣濾波器：頻率分析器雙邊緣濾波器：頻率分析器條紋圖像：頻率分析器高分辨率光干涉儀產(chǎn)生空間輻照度分布，亦即代表接收面信號(hào)光譜平均頻率利用其中一個(gè)圖樣估計(jì)，即鎖定峰值照度，計(jì)算照度分布的一階統(tǒng)計(jì)量，類似于被動(dòng)干涉儀，利用同心環(huán)直徑確定頻移條紋圖像：頻率分析器高分辨率光干涉儀產(chǎn)生空間輻照度分布，亦即矢量風(fēng)速反演方法矢量風(fēng)速V(u,v,w)是少需要三個(gè)獨(dú)立的徑向速度估計(jì)理想情況下：矢量風(fēng)速應(yīng)該在空間某一點(diǎn)同時(shí)測(cè)量出它的三個(gè)方向的速度值，即至少需要三部激光雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)際情況下：確定風(fēng)場(chǎng)的水平方向，利用激光雷達(dá)的掃描技術(shù)確定風(fēng)速的矢量。常用以下兩種掃描技術(shù)：速度方位顯示掃描技術(shù)(Velocity-azimuth-display,VAD)，即激光雷達(dá)光束以固定傾角進(jìn)展圓錐形掃描多普勒光束定向擺動(dòng)掃描技術(shù)(Doppler-Beam-Swinging，DBS)，即點(diǎn)激光雷達(dá)光束垂直指向并向東傾斜和向北傾斜矢量風(fēng)速反演方法矢量風(fēng)速V(u,v,w)是少需要三個(gè)多普勒激光雷達(dá)掃描技術(shù)：在底部，VAD掃描；在上部，DRS掃描多普勒激光雷達(dá)掃描技術(shù)：在底部，VAD掃描；在上部，DRS掃VAD掃描矢量風(fēng)場(chǎng)反演對(duì)于VAD掃描：仰角是常量，方位角是變量，徑向速度vR是測(cè)量量，(u,v,w)滿足下式：徑向速度vR可以由v、u和w組成，緯度風(fēng)速分量usincos,子午線速度分量vcoscos,垂直速度分量wsin,-方位角，向北順時(shí)針，仰角。上式還可表示為：a：補(bǔ)償量，b:振幅，max周相位移動(dòng)VAD掃描矢量風(fēng)場(chǎng)反演對(duì)于VAD掃描：仰角是常量，方位激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)技術(shù)完整版課件DBS掃描矢量風(fēng)場(chǎng)反演-天頂角VRZ,VRE,VRN

分別是徑向速度垂直、東向傾斜和北向傾斜分量DBS掃描矢量風(fēng)場(chǎng)反演-天頂角VRZ,VRE,VR改進(jìn)型DBS掃描矢量風(fēng)場(chǎng)反演激光雷達(dá)波束分別是垂直向、向北、向東、向南和向西VR>0,w>0,u>0,v>0改進(jìn)型DBS掃描矢量風(fēng)場(chǎng)反演激光雷達(dá)波束分別是垂直向、向北、相干激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)結(jié)構(gòu)Masteroscillator(MO)是穩(wěn)定單頻連續(xù)激光器。移頻器(AO-M)使發(fā)射光束產(chǎn)生固定頻偏。后向散射信號(hào)與MO混頻產(chǎn)生差頻信號(hào)，其中包含散射體多普勒效應(yīng)的徑向速度。相干激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)結(jié)構(gòu)Masteroscillator(M相干激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)波長(zhǎng)選擇

原那么上，相干激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)可以選擇任意波長(zhǎng)，只要其不在共振吸收峰上。氣溶膠〔米氏散射〕散射與分子散射〔瑞利散射〕相比，在頻譜分析上更有優(yōu)勢(shì)。分子散射截面與-4成比例，氣溶膠散射與-2或+1成比例。優(yōu)勢(shì)選擇適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)，可以同時(shí)利用分子散射和氣溶膠散射。長(zhǎng)波長(zhǎng)可以減小分子散射，一般相干激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)的波長(zhǎng)選擇在1~11m相干激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)波長(zhǎng)選擇原那么上，相干激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)可以選擇MOPA與SOPA發(fā)射機(jī)比較種子注入再生放大和功率放大激光器“SOPAisinjection-seededslaveoscillatorandpoweramplifier〞種子激光是低功率的單頻連續(xù)激光器再生放大器是高功率調(diào)Q脈沖激光器主振蕩和功率放大激光器MOPAismasteroscillatorandpoweramplifier.對(duì)于相干探測(cè)，發(fā)射機(jī)必須有非常窄的帶寬〔如1MHz〕對(duì)于脈沖發(fā)射，必須有比較長(zhǎng)的脈沖寬度，以便改善非常有限的頻譜寬度。MOPA與SOPA發(fā)射機(jī)比較種子注入再生放大和功率放大NOAAmini-MOPACO2CoherentLidar

NOAAmini-MOPACO2CoherentLiNOAAHRDL(ASOPALidar)

NOAAHRDL(ASOPALidar)直接探測(cè)激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)構(gòu)造發(fā)射機(jī):必須是單頻激光器（穩(wěn)頻窄線寬），如倍頻532nm、三倍頻355nm或四倍頻266nm;接收機(jī)：如果測(cè)量精度為1m/s，則頻率分辨率=2v/=5.6MHz（對(duì)于532nm)直接探測(cè)激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)構(gòu)造發(fā)射機(jī):必須是單頻激光器（穩(wěn)頻窄線激光雷達(dá)的后向散射信號(hào)光子探測(cè)器頻率發(fā)射激光接收信號(hào)多普勒頻移信號(hào)譜分析儀時(shí)間接收信號(hào)發(fā)射激光卷云大氣粒子風(fēng)矢量激光器天線激光雷達(dá)的后向散射信號(hào)光子探測(cè)器頻率發(fā)射激光接收信號(hào)多普勒頻時(shí)間－空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系時(shí)間t距離r接收信號(hào)強(qiáng)度發(fā)射激光脈沖卷云tr頻率發(fā)射激光接收信號(hào)多普勒頻移信號(hào)Dnd時(shí)間－空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系時(shí)間t接收信號(hào)強(qiáng)度發(fā)射激光脈沖卷云t后向散射信號(hào)的頻譜

分子散射譜寬度～3.0GHz

氣溶膠散射譜寬度～發(fā)射激光譜寬度（約90MHz）后向散射信號(hào)的頻譜分子散射譜寬度～3.0GHz雙F-P標(biāo)準(zhǔn)具多普勒檢測(cè)雙F-P標(biāo)準(zhǔn)具多普勒檢測(cè)Mie散射和分子散射速度測(cè)量中心n10

中心n20

雙通道F-P標(biāo)準(zhǔn)具

探測(cè)器探測(cè)器中心n10

中心n20

雙通道F-P標(biāo)準(zhǔn)具

探測(cè)器探測(cè)器Mie散射和分子散射速度測(cè)量中心n10中心n20雙通道FNASA/Goddard車載測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)參數(shù)指標(biāo)激光器：波長(zhǎng)355nm脈沖能量70mJ重復(fù)頻率50Hz望遠(yuǎn)鏡：口徑FOV45cm0.2mrad掃描方式XY雙軸半空間測(cè)量范圍1.8~35km距離分辨率0.25km@<3km1km@>3kmNASA/Goddard車載測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)參數(shù)指標(biāo)激光MAC地基測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)參數(shù)指標(biāo)激光器：波長(zhǎng)355nm,532nm脈沖能量400mJ重復(fù)頻率10Hz望遠(yuǎn)鏡：口徑50cm掃描方式經(jīng)緯儀平臺(tái)測(cè)量范圍距離分辨率0.5~20km0.25kmMAC地基測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)參數(shù)指標(biāo)激光器：波長(zhǎng)355nm法國OHP觀測(cè)站參數(shù)指標(biāo)激光器：波長(zhǎng)532nm脈沖能量330mJ重復(fù)頻率30Hz望遠(yuǎn)鏡：口徑FOV450cm0.1mrad掃描方式固定(3＋1)方位測(cè)量范圍距離分辨率8~55km0.15km法國OHP觀測(cè)站參數(shù)指標(biāo)激光器：波長(zhǎng)532nm脈沖能ESA/ADM—Aeolus全球激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)參數(shù)指標(biāo)衛(wèi)星軌道高度平均400km軌道類型極間太陽同步俯角35有效天線口徑1.1m工作波長(zhǎng)355nm發(fā)射機(jī)功率13W@100Hz高度范圍(米+瑞利)-1~26.5km(可擴(kuò)展)垂直分辨率1km(可調(diào))水平積分長(zhǎng)度3.5km(可調(diào))信號(hào)處理距離50kmESA/ADM—Aeolus全球激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)參數(shù)指歐洲航天局的ALADIN方案

ALADIN(AtmosphericLaserDopplerLidarINstrument)

紫外波段激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)

2007年發(fā)射全球三維風(fēng)場(chǎng)輪廓測(cè)量，滿足將來全球觀測(cè)系統(tǒng)（GOS）的要求進(jìn)一步研究高級(jí)大氣模型，對(duì)大氣進(jìn)行更深入的分析和研究

2005年12月21日進(jìn)行首次飛行實(shí)驗(yàn)，機(jī)載系統(tǒng)的正確性，同時(shí)還要采集數(shù)據(jù)以檢驗(yàn)算法。這次的飛行活動(dòng)，還將為下一次，2007年初更加深入更加全面的飛行實(shí)驗(yàn)打下基礎(chǔ)。歐洲航天局的ALADIN方案ALADIN(AtmospALADIN工作示意圖ALADIN工作示意圖ALADIN裝調(diào)局部照片ALADIN裝調(diào)局部照片相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)〔1〕相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)經(jīng)歷了三個(gè)開展階段：10.6m(CO2)相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)1.06m(YAG)相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)2m(Tm:YAG,Tm,Ho:YLF〕相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)〔1〕相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)經(jīng)歷了技術(shù)參數(shù)技術(shù)指標(biāo)波長(zhǎng)(m)10.6脈沖能量(mJ)10脈沖寬度(ns)2000脈沖重復(fù)頻率(Hz)100掃描器/望遠(yuǎn)鏡(mm)150距離分辨率0.05徑向速度精度(m/s)1最遠(yuǎn)作用距離(km)4洛-馬公司機(jī)載CO2相干激光多普勒雷達(dá)技術(shù)參數(shù)技術(shù)指標(biāo)波長(zhǎng)(m)10.6脈沖能量(mJ)10脈沖CLAWS-YAG相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)技術(shù)參數(shù)技術(shù)指標(biāo)波長(zhǎng)(m)1.06YAG脈沖能量(mJ)1000脈沖寬度(ns)8脈沖重復(fù)頻率(Hz)10掃描器/望遠(yuǎn)鏡(mm)200徑向速度精度(m/s)1最遠(yuǎn)作用距離(km)271993年CLAWS(CoherentAtmosphericWindSounder)已裝備肯尼迪航天中心CLAWS-YAG相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)技術(shù)參數(shù)技術(shù)指標(biāo)波長(zhǎng)CLAWS-YAG原理光路圖CLAWS-YAG原理光路圖激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)技術(shù)完整版課件2m相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)〔1〕2m相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)LD泵浦2m激光器，小型化相干激光雷達(dá)理想光源之一2m，大氣窗口，大氣透過率，優(yōu)于傳統(tǒng)的1.06mYAG激光器和10.6mCO2激光器與藍(lán)綠或紫外直探式激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)相比，2m紅外波段，人眼安全(1.4以上)

，軍事保密性強(qiáng)脈沖外差體制，較容易能實(shí)現(xiàn)高靈敏度、高精度大氣風(fēng)場(chǎng)探測(cè)2m相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)〔1〕2m相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷2m激光器的研究現(xiàn)狀單摻雜2m激光器〔室溫，低能量〕Tm:YAG〔釔鋁石榴石〕Tm:LuAG〔镥鋁石榴石〕雙摻雜2m激光器〔低溫，高能量〕Tm,Ho:YAG〔釔鋁石榴石〕Tm,Ho:YLF〔氟化釔鋰〕激光器Tm,Ho:GdVO4〔釩酸釓)Tm,Ho:LuAG〔镥鋁石榴石〕Tm,Ho:LuLF〔氟化镥鋰〕Tm,Ho:KLF；Tm,Ho:GLFTm激光器泵浦Ho激光器2m激光器的研究現(xiàn)狀單摻雜2m激光器〔室溫，低能量〕室溫下LuLF和YLF性能比較反射率LuLFYLF閾值(J)斜率閾值(J)斜率0.980.940.900.820.41240.45470.17310.14850.17760.19310.17310.14850.47270.51620.56530.66370.14510.15180.14760.1114材料閾值(J)斜率一般模式調(diào)QLuLF0.610.1220.041YLF0.690.1190.039室溫下LuLF和YLF性能比較反射率LuLFYLF閾值(J)幾種Tm,Ho雙摻雜激光物質(zhì)比較YLF5%Tm,0.5%HoLuAG5%Tm,0.5%HoGdVO43%Tm,0.3%HoLuLF5%Tm,0.5%Ho閾值斜率效率輸出能量116mJ7.3%15.7mJ151mJ10.8%20.0mJ151mJ12.1%24.1mJ132mJ12.6%26.8mJ幾種Tm,Ho雙摻雜激光物質(zhì)比較YLFLuAGGdVO4LNASALaRCJirongYU博士的工作NASALaRCJirongYU博士的工作NASALaRCJirongYU博士的工作NASALaRCJirongYU博士的工作激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)技術(shù)完整版課件1995年10陣列LD-3.6J22路冷卻2002年6陣列LD-3.6J8路冷卻2003年6陣列LD-3.6J4路冷卻2004年6陣列LD-3.6J1995年2002年2003年2004年2m種子激光器技術(shù)微腔耦合腔標(biāo)準(zhǔn)具單向環(huán)形腔2m種子激光器技術(shù)微腔耦合腔標(biāo)準(zhǔn)具單向環(huán)形腔2m激光泵浦技術(shù)縱向（端面）泵浦技術(shù)泵浦光與激光振蕩模式匹配能量利用率高，光束質(zhì)量好耦合效率高，連續(xù)泵浦，高重頻橫向（側(cè)面）泵浦技術(shù)耦合光學(xué)系統(tǒng)簡(jiǎn)單泵浦光注入能量大，高能量輸出模式匹配不佳，耦合效率低；脈沖泵浦，重頻低2m激光泵浦技術(shù)縱向（端面）泵浦技術(shù)2m激光調(diào)Q脈沖技術(shù)M4M1M3M2Q-SwitchEtalonTm,Ho:YLF四鏡環(huán)形腔結(jié)構(gòu)2m激光調(diào)Q脈沖技術(shù)M4M1M3M2Q-SwitchEta2m相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)1990年美國相干技術(shù)公司(CTI)研制出世界上第一臺(tái)2m相干激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)2001年“NOSA〞TODWL(TwinOtterDopplerWindLidar)〔2001NOSA海軍機(jī)載〕GWOLF(GroundbasedwindObservingLidarFacility)2001年NASA的VALIDAR(ValidationLIDAR)WinTrace〔美國CTI相干公司開發(fā)的商用機(jī)型〕