2μm相干激光测风雷达信号提取与仿真

【摘要】： 相干激光测风雷达,采用收发合置光学天线,脉冲外差探测体制,能够探测到大气中气溶胶的后向散射信号,并从中提取多普勒频率信息,经过数据反演,获取大气二维或三维风场信息,是目前研究中小尺度气象现象的最有效手段之一。 论文主要研究了相干激光测风雷达回波信号的提取方法,并进行了数值和半实物仿真。从理论上分析了相干激光测风雷达回波信号的时频特性,在噪声和杂波干扰下,目标回波信号的信噪比非常低。据此,本文围绕在极低信噪比情况下,提取激光测风雷达微弱的回波信号及其频谱,进行了仿真实验。 首先,简要介绍了相干激光测风雷达的理论基础。重点介绍了相干激光测风雷达的工作原理和雷达回波信号提取的主要理论方法,即脉冲积累技术和匹配滤波技术。 其次,研究了回波信号及杂波、噪声的统计特性,通过仿真产生了目标回波及检测背景噪声,模拟了雷达回波信号,并在此基础上对回波脉冲信号进行相参积累和非相参积累仿真处理。仿真结果表明,脉冲积累技术可以有效的提高回波的信噪比,积累了75个回波脉冲,信噪比增益大约为20dB。 再次,进一步研究了匹配滤波技术,对相参脉冲串进行了匹配滤波及仿真实验;并将窄带多普勒匹配滤波器组应用到激光测风雷达中。然后对激光测风雷达信号的提取系统进行了仿真,准确提取出速度为10m/s,距离雷达6Km处的目标,验证了本文所提出的信号提取算法的可行性。 最后,针对相干激光测风雷达信号处理的技术要求,对其数据采集系统硬件进行了方案设计,对数据采集系统进行了软件的开发,采集到了经过外差探测后激光的中频信号。