基於差分光柱像運動的湍流廓線雷射雷達最佳化技術研究

《基於差分光柱像運動的湍流廓線雷射雷達最佳化技術研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由靖旭擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於差分光柱像運動的湍流廓線雷射雷達最佳化技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：靖旭
• 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院

項目摘要

在雷射大氣傳輸及其校正評估套用中需要實時了解折射率結構常數的高度分布信息（以下稱湍流廓線）。利用大氣相干長度廓線得到湍流廓線不受閃爍飽和限制，有其獨特的優勢。差分光柱像運動（DCIM）雷達克服差分像運動雷達的不足，同時對不同高度雷射成像測量大氣相干長度廓線，實時性好。但現有DCIM雷達測量高度範圍有限，實時反演的湍流廓線偏差較大。課題研究一種雷達最佳化技術，通過研究信標對應高度、信標擴展度和成像信噪比對測量大氣相干長度廓線的影響，提供一種最佳化接收視場角來延伸廓線高度範圍的方法。課題通過理論分析和近地面實驗研究信標對應高度和信標擴展度變化的影響，利用雷達方程進行數值仿真研究成像信噪比的影響，結合接收視場角與系統參數的研究給出雷達最佳化方法。該研究有助於DCIM雷達的改進以延伸測量高度範圍，對實際湍流條件下利用大氣相干長度廓線實時得到湍流廓線的研究有促進作用。

結題摘要

本項目主要開展了最佳化差分光柱像運動雷達的技術和方法研究。按照項目計畫，首先開展了信標長度較長時信標高度的準確獲取方法研究，建立根據回波信號強度高度分布計算信標高度的方法，並根據相機門控功能驗證了信標高度的計算方法。其次，按照當前雷射雷達參數計算了成像信噪比隨信標高度的變化、利用相位屏方法數值仿真了成像信噪比對大氣相干長度測量的影響，搭建了成像信噪比對測量相干長度影響的近地面試驗平台；數值計算表明，雷達系統在測量10千米高度時成像信噪比高於13，數值仿真和試驗結果均支持成像信噪比高於10信噪比對大氣相干長度測量影響小於5%的結論。然後，根據孔徑濾波方法把擴展信標按照非相干擴展光源處理，分析了信標直徑對大氣相干長度測量的影響，搭建了驗證信標擴展度對相干長度測量影響的試驗平台；理論分析結果表明，信標尺度變大相干長度測量值變大、而試驗結果表明在相同條件下信標擴展度對相干長度測量無影響；兩者之間不一致的可能原因是孔徑濾波方法沒有考慮傾斜等暈角對擴展信標的影響；我們根據試驗結果給出了通過保持信標相對於接收系統張角恆定實現信標擴展度隨高度不變的方法。最後，根據以上研究給出最佳化雷達系統的方法，即：當前雷達系統可通過適當降低成像焦距來增大接收視場角，進而增大信標測量高度範圍。在開展項目規定的研究同時，我們提出四孔差分光柱像運動雷射雷達方法以研究正交方向上湍流強度的差異、差分光柱抖動與閃爍法測量湍流廓線的新思路。項目組所開展的工作對光學方法測量湍流廓線進展有促進作用。