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《中国海洋大学》 2010年
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碘分子和F-P鉴频器星载测风激光雷达测量性能模拟比较和分析

于翠荣  
【摘要】:星载测风激光雷达是全球三维风场探测的最有效手段,可以为数值天气预报、大气动力学等研究提供强有力的数据补充。因考虑到卫星发射的成本,其前期研究非常重要,对其进行软件仿真模拟便是其中重要的一环,欧洲空间局(ESA, European Space Agency)、美国太空总署(NASA, National Aeronautics and Space Administration)都对星载测风激光雷达进行了前期模拟研究。 本论文主要讨论了星载测风激光雷达测量性能模拟。在测风激光雷达非相干检测中常用的两种鉴频器是Fabry-Perot (F-P)鉴频器和碘分子鉴频器,本文将模拟这两种系统(355nm F-P交叉点鉴频星载系统和532nm碘分子鉴频器星载系统),同时结合其他硬件参数,分别进行模拟及分析,并对两系统模拟结果做出对比。 论文首先简要分析了国际上星载测风激光雷达系统模拟的现状。然后描述了大气与激光的相互作用、测风激光雷达原理以及检测方法等,并分别讨论了F-P鉴频器和碘分子鉴频器的原理。其次分析了星载模拟软件所涉及的技术问题,主要包括大气模型、激光雷达系统参数选取(发射系统和接收系统)、卫星平台和数据处理方法。 在论文主体部分,即测量性能模拟过程中,首先从理论上对F-P鉴频器和碘分子鉴频器星载系统的潜在测量性能做了定量对比分析,结果表明在0-5km高度范围内,特别是气溶胶含量丰富区域,碘分子鉴频器具有明显的测量优势,而在5km以上高度(气溶胶含量基本为零区域),碘分子和F-P鉴频器系统的风速测量误差比约为4:3。 其次进行了两种鉴频器实际星载系统的模拟。对于F-P鉴频器系统,为验证F-P模拟算法的可行性,先对ESA研制中的星载测风激光雷达系统ALADIN中F-P鉴频器模块进行模拟,模拟结果与ESA研究结果在3-20km高度内基本吻合;再进行355nm F-P交叉点星载系统模拟,模拟结果表明在355nm激光平均功率15W、两个扫描角各累积900次脉冲时,20km处水平风场风速精度达到3m/s,对应水平距离分辨率为130km。对于碘分子鉴频器系统,为验证碘分子模拟算法的可信度,先进行中国海洋大学车载测风激光雷达系统的模拟,模拟回波和反演风场与实测数据具有较好的一致性;再对532nm碘分子鉴频器星载系统进行模拟,模拟结果表明在532nm激光平均功率35W、两个扫描角各累积1300次脉冲时,20km处水平风场风速精度达到3m/s,对应水平距离分辨率为180km。 最后结合上述测量性能模拟结果以及工程技术要求等,对碘分子鉴频器和F-P鉴频器相关性能进行了综合对比分析,为我国未来星载测风激光雷达系统的方案选择提供了有力的依据。
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TN958.98

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
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【参考文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
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【共引文献】
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【同被引文献】
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