激光多普勒雷达光学接收系统的设计

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激光多普勒测速系统设计毕业设计[管理资料]

1 绪论自上世纪60年代末，激光多普勒测速（Laser Dopper velocimeter，LDV）技术末出现以来，已经成为现代化生产必不可少的检测手段[1]，伴随着近现代激光技术的不断发展，特别是因其所具有的非接触测量[2]，高分辨率，动态响应快以及高测量精度等优点，使激光多普勒测速系统被应用于科研和工业领域。

目前，在科研领域，激光多普勒技术已广泛的应用到流体力学、空气动力学、燃烧学、生物学、航空、航天、机械和医学，工业生产等领域的速度测量和其他有关测量也有其成功运用的范例。

激光测速技术发展至今已有40年历史。

1842年奥地利科学家Doppler,Christian Johann首次发现，任何形式的波传播，由于波源，接收器，传播介质或散射体的运动，会使频率发生变化，即产生多普勒频移。

早在1905年爱因斯坦就证明了在光波中也存在多普勒效应。

和[3]，激光多普勒测速技术获得飞速的发展。

起初的光学装置比较简单，光学性能和效率不高，调准不方便；信号处理方面大多采用频谱分析仪[4]，这样就不能得到瞬时速度。

随着光学系统和信号处理器方面的发展，首先是集成光学单元的出现，使光路结构大为紧凑，调准也方便多了，因而有可能发展更加复杂和高效率的光学系统，光束扩展、空间滤波、偏振分离、光学频移等现代技术相继应用到激光测速仪中，并成为系列化产品不可缺少的一部分。

其发展大体可分为三个阶段：上世纪七十年代前后，是激光测速发展的初期。

这个时期的光学装置都比较简单，用各种元件拼搭而成，光学性能和效率不高，使用调准也不方便。

各种外差检测模式都在被采用和实验当中，频移技术虽然已经出现，但由于器件的效率不高和增加了光学系统的复杂性，难以得到推广。

从八十年代开始，激光多普勒测速应用得到迅速发展，有关流动研究的论文急剧增加，这一时期明显的标志是1982年首次在里斯本召开的“激光技术在流体力学中的应用国际讨论会”，该国际会议每两年召开一次。

空间探测激光距离多普勒雷达系统原理设计

ｋｎｏｓｂｅｎｉｅｗｅｅａａｙｅｙｔｅｍｅｓｒｄｄａａｏｔｅａｔａｔｒａｎｐａａｓｐａａｉｄｓｏｆｐｓｉｌｏｓｒｎｌｚｄｂａｕｅｔｆｈｃｌｍａｅｌａｄａｐｔｒｍ— ｈｕｉｒｕ
பைடு நூலகம்
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维普资讯
第３５卷第４期
Ｖｏ．５ＮＯ４１．３
红外与激光工程
ＩｆａｅｎｓｒｇｎｅｉｇｎｒｒｄａｄＬａｅＥｎｉｅｒｎ
２００６年８月
Ａｕ２０ｇ．０６
空间探测激距离多普勒雷达系统原理设计光
摘要：以激光距离多普勒成像雷达系统（ＲＩ能够提取空间目标激光散射信号特征，断空间ＬＤＲ）判目标在轨运行姿态为应用背景，出了激光距离多普勒成像激光雷达系统设计的一般原理，指出给并
ｅｅｓｔｒ．ＴｈｅＳＮＲｈｎｅｉｅｅｔｇｉｔｎｃａｄｄａｅｅｏｅｅｔｎｒｃｉｅｉｄｔｃｏｎｔｎｃａｇｄｗｔｄｔｃｎｄｓａｅｎｉｍｔｒｆｄｔｃｉｇｅｅｖｒｎｅｅｔｒｕｉａｄｈｉ

激光相位多普勒技术

激光相位多普勒技术
激光相位多普勒技术是一种用于测量目标速度的高精度光学测量方法。

它基于多普勒效应和激光干涉原理，常用于测速、运动检测和遥感等领域。

以下是关于激光相位多普勒技术的一些基本原理和应用：
基本原理：
多普勒效应：
多普勒效应是指当光源和观测者相对运动时，光的频率发生变化。

对于激光相位多普勒技术，激光被用来照射目标，目标反射的光发生多普勒频移，该频移与目标速度成正比。

相位测量：
利用激光干涉原理，测量目标反射光的相位差。

相位差与多普勒频移相关，通过测量这个相位差可以确定目标的速度。

激光干涉：
激光被分成两束，一束直接照射到目标，另一束经过光程延迟器后照射到目标。

两束光在目标处发生干涉，产生干涉图样。

目标的运动导致了相位差的变化，通过测量这个相位差可以计算目标的速度。

高精度测量：
激光相位多普勒技术具有高精度和高分辨率的优点，适用于需要非常精确速度测量的应用，如气象雷达、交通监控、激光雷达等领域。

应用领域：
气象雷达：
用于测量大气中的风速。

激光相位多普勒技术可以提供对风场的高分辨率测量，用于气象研究和天气预测。

交通监控：
用于测量车辆的速度，可应用于交通管理、高速公路监控等领域。

激光雷达：
在激光雷达中，激光相位多普勒技术可用于测量目标的速度，常用于军事、安防和导航系统中。

医学影像：
在医学成像中，激光相位多普勒技术可用于测量血流速度，常应用于超声血流仪等设备。

总体而言，激光相位多普勒技术在需要高精度速度测量的各种应用中发挥着重要作用，提供了一种非常灵敏和精准的测量手段。

基于激光多普勒效应测速系统的设计

Optoelectronics 光电子, 2015, 5, 13-18Published Online June 2015 in Hans. /journal/oe/10.12677/oe.2015.52003Design of Velocimetry System Base on Laser Doppler EffectSuiyan Tan, Chudong XuCollege of Electronic Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou GuangdongEmail: tansuiyan@Received: May 25th, 2015; accepted: Jun. 8th, 2015; published: Jun. 12th, 2015Copyright © 2015 by authors and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/AbstractA velocimetry system base on laser Doppler Effect is designed. The system works through buildingMichelson interferometer with discrete optical elements. The movable object of system is imple-mented by gear motor and doesn’t need to change the structure of experiment equipment; there-fore, the system is simple, convenient and low cost. Building the Michelson interferometer and measurement system by students themselves not only deepens students’ understanding of Dopp-ler Effect and its application, but also it is good for developing comprehensive and designed expe-riment, which can extend optic specialty undergraduate course experiment teaching content.Function of the velocimetry system is successfully achieved, and average error is 2.38%; errors are lower 5%.KeywordsLaser Doppler Effect, Velocimetry System, Michelson Interferometer, Frequency DifferenceMethod基于激光多普勒效应测速系统的设计谭穗妍，徐初东华南农业大学电子工程学院，广东广州Email: tansuiyan@收稿日期：2015年5月25日；录用日期：2015年6月8日；发布日期：2015年6月12日基于激光多普勒效应测速系统的设计摘要利用分立光学元件在光学平台上搭建迈克尔逊干涉光路，本文设计并实现基于激光多普勒效应的测速系统。

多普勒测风激光雷达校准仪中电控系统的开发

摘
要：以伺服系统作为核心控制单元开发了一台多普勒测风激光雷达校准仪，到一个稳定得
性强、准确性高的速度标准源，而实现对测风激光雷达系统的自校准、标。校准仪采用从定
１１７３０２脉冲的高分辨率编码器，以直径为２０ｍｌ转盘，边沿最大速度偏差小于配０／ｌ的其０４ｍ／。．ｍｓ电制系统具有启动、止、停试运行及速度显示等功能，用Ｒ４５通信手段可实现利Ｓ８上位机对系统进行监控及相关数据分析的功能。关键词：测风激光雷达；速度校准；电控系统中图分类号：Ｎ５．８Ｔ９８９文献标识码：Ａ
第４卷第１１期
２１年１月０１
激光与红外
ＬＡＳＥＲ＆ＩＮＦＲＡＲＥＤ
Ｖｏ．１Ｎ．】４。ｏ１
Ｊｎａｙ２ａｕｒ，０１１
文章编号：０— ７（０１Ｏ－８－１１０８２１）１０４５０５００
・电技术与系统・光
多普勒测风激光雷达校准仪中电控系统的开发
王力杨洋，法华。李仁芮冯法军，沈，，
（．１承德石油高等专科学校，河北承德０７０２河北省仪器仪表工程技术研究中心，６００；．河北承德０７０６００；３盐城师范学院，．江苏盐城２４０）２０２
ＷＡＮＧｉＹＡＮＧｎ，ＨＥＮＦ — ｕ。Ｌ，ＹａｇＳａｈａ

新型多普勒成像激光雷达原理设计与仿真

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｍｅａｎｓｏｆｃｏｈｅｒｅｎｔＤｏｐｐｌｅｒｈａｓｏｂｖｉｏｕｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｔａｒｇｅｔｒａｎｇｅｃｈａｎｇｅ．
中图分类号：ＴＮ９５８．９８文献标志码：Ａ文章编号：１００７ — ２２７６（２０１４）０２ — ０４１１ — ０６
ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｅｓｉｇｎａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｎｅｗＤｏｐｐｌｅｒｉｍａｇｉｎｇｌａｓｅｒｒａｄａｒ
姜成昊，杨进华，张丽娟，李祥（长春理工大学光电工程学院，吉林长春１３００２２）
摘要：采用相干多普勒测量手段获取目标面型变化信息具有明显的优势。基于激光多普勒效应，设计一套多普勒成像激光雷达实验系统，同时引入ＡＰＦＦＴ全相位测相处理思路对外差信号进行时频分析，抑制频谱泄露，减小噪声对测量结果的影响，获取高测量精度信号时频曲线。在ＭＡＴＬＡＢ软件ｓｉｍｕｌｉｎｋ交互
式仿真集成环境中进行过程仿真，证明其可以实现对扫描空间高分辨率、高精度的成像。实验结果表明：该
系统能够较好还原被测目标表面特性，为激光雷达实现对目标高分辨率与高灵敏度成像提出新的解决思
路。

激光多普勒测振计信号采集和处理系统设计

激光多普勒测振计信号采集和处理系统设计王晶晶;尚建华;贺岩;罗远【摘要】为实现激光-水声浅海地形遥感探测中, 激光多普勒测振计的数据采集和处理, 解决数据采集处理中采样率低、人机界面操作不便、在线处理不及时、采样通道数目少等问题, 设计了一种可视化的信号采集和处理系统.借助VC十十编程技术, 对PCI5616数据采集卡进行了二次开发, 实现了激光多普勒测振计输出信号的采集、实时显示、保存以及在线处理. 实验表明, 该信号采集处理系统能满足实际水面测量的工作需求, 有效实现了激光多普勒测振计输出信号的实时采集与处理, 并具有操作灵活、实时性强、集成度高等特点.%A visual data acquisition and processing system is presented to satisfy the signal processing specifica -tion of the laser Doppler vibrometer ( LDV) working for the optic-acoustic remote sensing of the shallow terrain and to resolve the questions of low sampling rate , inconvenient man-machine interface and the less number of channels forsampling.VC ++is employed in the post-development of PCI5616 to achieve real-time display, acquisition, storage,and real-time data-processing of the signals.With good processing capacity, flexible operation, good real-timeperformance and high integration, this data acquisition and processing system realizes the real -time acquisition andprocessing of the output signals of LDV and meets the demand of topographic mapping under the hydrodynamic watersurface.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2016(029)001【总页数】4页(P9-12)【关键词】激光多普勒测振计;信号采集;在线处理;PCI5616数据采集卡;消息机制【作者】王晶晶;尚建华;贺岩;罗远【作者单位】东华大学信息科学与技术学院,上海 201620;东华大学信息科学与技术学院,上海 201620;中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息技术研究中心,上海 201800;中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息技术研究中心,上海 201800【正文语种】中文【中图分类】TN247;TP732Abstract A visual data acquisition and processing system is presented to satisfy the signal processing specification of the laser Doppler vibrometer (LDV) working for the optic-acoustic remote sensing of the shallow terrain and to resolve the questions of low sampling rate,inconvenient man-machine interface and the less number of channels for sampling.VC++ is employed in the post-development of PCI5616 to achieve real-time display,acquisition,storage,and real-time data-processing of the signals.With good processing capacity,flexible operation,good real-time performance and high integration,this data acquisition and processing system realizes the real-time acquisition and processing of the output signals of LDV and meets the demand of topographic mapping under the hydrodynamic water surface.Keywords laser Doppler vibrometer;data acquisition;real-timeprocess;PCI5616;messages mechanism由于浅海大部分区域的水深均在百米以内,且浑浊度普遍较高,传统的海洋遥感系统通常以母船或者拖曳体为载体,并采用声波探测技术实施测量,其机动性和灵活性有限,因而难以完成大范围、快速、高效的动态环境测量。

激光多普勒测风雷达发射与接收光学系统研究

激光多普勒测风雷达发射与接收光学系统研究发射与接收系统是激光多普勒测风雷达中至为重要的一个功能模块。

本课题通过理论模拟和实验研究对其光学主要参数的选取、同轴调整、光纤耦合调整及其光束准直进行了分析,对提高激光测风雷达的探测距离和接收效率有着重要的意义,是雷达系统鉴频和信号处理的基础和依据。

理论研究包括以下2个方面:通过激光雷达方程、卡塞格伦望远镜模型以及透镜成像理论,结合出射激光的光学参数,提出了出射激光8倍扩束、40cm通光口径卡塞格伦望远镜接收、62.5μm芯径多模光纤耦合的设计要求;基于F-P标准具透过率模型,数值计算分析了光纤出射光束发散角对角度调谐下标准具透过率曲线及其包络、初始工作点选取以及鉴频灵敏度的影响,与实验吻合较好。

实验研究包括以下3个方面:为实现远距离回波信号的探测接收,通过面阵CCD探测器和电控调整架编程实现了发射与接收系统的光学同轴调整,当设定成像质心误差为5个像素时,其光学同轴误差为15.86μrad,此时可通过光子计数器和数据采集卡有效探测接收到9km内的回波信号;为实现回波信号与多模光纤的有效耦合,通过532nm及1064nm激光正反向调整结合对其光路进行了精确调整,由于入射激光参数及调整精度的影响,最佳调整时多模光纤耦合效率为17.54%;对多模光纤传输准直后的回波信号,通过CCD标定法对其发散角进行了精确测量,当CCD 精确放置在长焦距透镜焦点处时,由于CCD质心定位像素误差导致的发散角测量误差为2.73μrad,且该法可实时观测光束在准直调整过程中发散角的变化以及光斑光强分布情况,有利于准直系统的实时调整,在此基础上通过焦距为23.5mm 的短焦距非球面透镜实现了对出射光束的准直,最佳准直情况下发散角为3.25mrad,结合发散角分别为7.34mrad、1.42mrad时F-P标准具角度扫描透过率曲线,得出光束发散角对曲线形状及包络的影响,与数值分析吻合较好,对于自聚焦透镜准直,结合4倍离焦系统可实现2.75mrad的发散角准直,进一步3倍扩束可实现1.09mrad的发散角压缩,与单透镜准直相比,准直效果较好。

激光多普勒雷达距离测量原理分析

激光多普勒雷达距离测量原理分析激光多普勒雷达是一种广泛应用于测量和检测领域的技术。

它利用了激光束的特性，通过测量物体在空间中的运动来获取距离信息。

本文将对激光多普勒雷达距离测量的原理进行详细分析，并探讨其在实际应用中的重要性。

激光多普勒雷达的原理可以分为两部分来理解：激光测距原理和多普勒效应。

首先，我们来了解激光测距原理。

激光是一种高度聚焦的光束，通过发射一个极短脉冲的激光束，并测量从发射到接收激光束返回的时间来计算距离。

雷达系统会记录下发射激光束的起始时间，当激光束被物体反射并返回到雷达系统时，系统会记录下接收到激光束的时间。

通过计算激光束行进的时间差，并考虑光速，可以非常精确地计算出物体与雷达之间的距离。

接下来，我们来讨论多普勒效应。

多普勒效应是指当一个光源和接收器之间的相对速度发生变化时，光波频率会发生变化。

对于激光多普勒雷达来说，它利用了多普勒效应来测量物体的速度。

当物体向雷达系统靠近时，反射的激光波长会压缩，频率相应增加；而当物体远离雷达系统时，反射的激光波长会拉长，频率相应降低。

结合激光测距原理和多普勒效应，激光多普勒雷达可以测量物体与雷达之间的距离和速度。

通过同时测量距离和速度，我们可以获得物体的位置和运动信息。

这种技术不仅可以应用于航空、无人驾驶和军事领域，还可以用于测量天体的运动和检测气象现象等。

然而，在实际应用中，激光多普勒雷达还面临一些挑战。

首先是分辨率问题。

由于雷达使用的是激光波束，其分辨率受到波长的限制。

较大的波长会导致较低的空间分辨率，而较小的波长则会导致较高的分辨率。

此外，激光多普勒雷达的测量结果还会受到大气影响，比如大气中的湍流和温度变化都会导致精度下降。

为了克服这些挑战，研究人员们正在不断改进激光多普勒雷达技术。

他们使用更高频率的激光波束来提高空间分辨率，并采用更复杂的算法来纠正大气影响。

此外，他们还研究了基于多传感器数据融合的方法，以进一步提高测量精度和可靠性。

激光雷达多普勒效应

激光雷达多普勒效应介绍激光雷达是一种通过发射激光束并接收反射信号来测量目标距离和速度的传感器。

其中，多普勒效应是激光雷达中重要的原理之一。

本文将对激光雷达多普勒效应进行全面、详细、完整且深入的探讨。

多普勒效应的原理多普勒效应是指当波源和观察者相对运动时，波的频率会发生变化的现象。

在激光雷达中，多普勒效应用于测量目标的速度。

当激光束射向一个运动目标时，目标会反射出回波信号，回波信号的频率与目标的运动速度有关。

激光雷达多普勒测速原理激光雷达利用多普勒效应进行速度测量的原理如下： 1. 发射：激光雷达发射一束激光束。

2. 反射：激光束碰撞到目标物体上并发生反射。

3. 接收：激光雷达接收到目标物体反射回来的激光束信号。

4. 分析：通过分析接收到的信号，提取出频率信息。

5. 频率变化：根据多普勒效应，提取出频率变化的信息，即目标物体的速度信息。

6. 计算：通过测量频率变化的速度，计算出目标物体的实际速度。

多普勒效应的数学表达式多普勒效应的数学表达式如下：Δf = 2 * v * f / c其中，Δf为接收到的频率变化量，v为目标物体的速度，f为发射激光的频率，c 为光速。

多普勒效应的应用速度测量激光雷达的主要应用之一是测量目标物体的速度。

通过测量接收到的频率变化量，可以计算出目标物体的速度。

行人检测利用多普勒效应，激光雷达可以检测行人的运动。

通过分析频率变化的模式，可以判断行人是在静止还是移动，并进一步分析其运动方向和速度。

避障和自动驾驶多普勒效应在避障和自动驾驶系统中也有重要应用。

通过测量车辆和障碍物之间的频率变化，可以判断障碍物的运动状态和速度，从而及时采取避让措施或调整行驶方向。

多普勒效应的优缺点优点1.非接触式测量：激光雷达可以在不接触目标物体的情况下，通过反射信号进行测量。

2.高精度：由于激光束具有较短的波长，因此激光雷达可以实现高精度的速度测量。

3.远距离测量：激光雷达可以实现较远距离的速度测量，适用于各种场景。

激光多普勒雷达光学接收系统的设计

激光多普勒雷达光学接收系统的设计摘要激光多普勒雷达，就是利用多普勒效应进行定位，测速，测距等工作的雷达。

它由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成，其中光学接收系统是激光多普勒雷达的重要部件之一，其成像质量的好坏直接决定了激光多普勒雷达的性能。

本文设计一个相对孔径D/f=1.125，视场为±20的激光多普勒雷达光学接收系统。

通过方案选择和比较，选择了折射式系统作为接收系统的结构。

本文采用ZEMAX软件进行模拟设计，根据设计参数要求，通过查找光学镜头手册选定了一个符合要求的初始镜头结构。

首先将初始结构参数输入到ZEMAX软件中，然后采用透镜组整体弯曲的方法进行了像差校正，使得系统的球差、彗差、象散、场曲和畸变减小到一个较小值，最后采用软件自动优化程序，得到了一个成像质量满足要求的光学系统。

论文最后还进行了对样板、公差分析以及绘制了光学系统图和零件图。

最终，设计出的光学系统的焦距为80mm，入瞳孔径是90mm，视场角为40，视场在00,0.7070，1.4140,20弥散斑大小分别为13.289um，14.711um，20.797um,34.094um， MTF值在100lp/mm分别为0.7，0.7,0.6.0.5 满足弥散斑直径小于400um，MTF在100 lp/mm大于0.3的技术指标，最终设计的光学系统达到了设计要求。

关键词：激光多普勒雷达；光学接收系统；像差校正；光学设计；ZEMAXLaser Doppler radar optical receiver system designAbstractLaser Doppler radar can do positioning, velocity, ranging using the Doppler effects.It includes the laser transmitter, optical receiver, turntable and information processing systems, in which the optical receiving system is one of the important components of the laser Doppler radar.The image quality of optical receiver system directly determines the performance of the laser Doppler radar.A relative aperture of the D / f = 1.125, field of view of ± 20 laser Doppler radar optical receiver system is designed,Through comparing and choosing the program the refraction system is selected as the structure of the receiving system author use the ZEMAX software doing analog design.First the initial structural parameters are inputted to the ZEMAX software.And then do aberration correction through the curved lens group as a whole making the system of spherical aberration, coma, astigmatism, field curvature and distortion which is reduced to a smaller value. Finally, author use the software automatically optimize procedures, an imaging optical system is generated which quality meet the requirementsUltimately, author design an optical system whose focal length is 80mm, the relative aperture is 90mm and the field of view is20. The diffuse spot size is 13.289um in the field of 00 The diffuse spot size is 14.711um in the field of 0.7070 The diffuse spot size is 20.797um in the field of 1.4140 The diffuse spot size is 34.094um in the field 20.MTF values is 0.7 at 100lp/mm in the field of 00 and 0.7070,.MTF values is 0.6 at 100lp/mm in the field of 1.4140. MTF values is 0.5at 100lp/mm in the field of 20.MTF at 100 lp / mm is greater than 0.3 of the technical indicators and the diffuse spot size meet the diffuse spot diameter of less than 400um.Key words : Laser Doppler radar Optical receiver system; optimization; optical design; Zemax目录中文摘要 (I)英文摘要 (II)1 绪论 (1)1.1前言 (1)1.2国内外相关技术及发展概况 (1)1.3本课题的主要研究内容 (3)2 像差分析和像质评价方式 (4)2.1像差概述 (4)2.2几何像差 (4)2.2.1球差 (4)2.2.2 彗差 (5)2.2.3 象散和场曲 (6)2.2.4 畸变 (6)2.2.5 色差 (7)2.3像质的评价 (8)3 光学接收系统的设计 (10)3.1典型的激光多普勒雷达及其工作原理 (10)3.1.1典型的相干探测方式 (10)3.1.2典型的非相干探测方式 (10)3.2物镜的选取 (12)3.3初始结构的确定 (13)3.3.1 系统数据的输入 (14)3.3.2光学系统的透镜数据输入 (17)3.4像差校正 (21)3.5系统优化 (24)4 公差分析和图纸绘制 (30)4.1光学系统公差的制定方法和原则 (30)4.2公差分析 (30)4.3光学零件图的标注 (31)4.4总结 (35)5 结论 (36)致谢 (37)参考文献 (38)毕业设计（论文）知识产权声明 (40)毕业设计（论文）独创性声明 (41)附录1 绪论1.1前言激光多普勒雷达被证明是遥测风场和运动目标速度的有力工具。

多普勒测风激光雷达系统.pdf

49多普勒测风激光雷达系统1.研究背景大气风场信息是一项重要的资源，精确可靠的大气风场测量设备可提高风电可再生能源领域的利用率，改进气候气象学模型建立的准确性，增强飞行器运行的安全性，因此在风电、航空航天、气候气象、军事等领域都有着重要的意义。

风场信息测量的手段主要分为被动式和主动式两大类。

传统的被动式测量装置有风速计、风向标和探空仪，主动式测量装置有微波雷达、声雷达等。

风速计和风向标只能实现单点测量，借助测风塔后实现对应高度层的风场信息检测，这类传统装置易受冰冻天气影响，测风塔的搭建和维护也需要花费大量的人力物力，还存在移动困难和前期征地手续复杂等问题；微波雷达以电磁波作为探测介质，由于微波雷达常用波长主要为厘米波，与大气中的大尺寸粒子（如云、雨、冰等）相互作用产生回波，无法与大气中的分子或气溶胶颗粒产生作用，而晴空时大气中大尺寸粒子较少，因此微波雷达在晴空天气条件下将出现探测盲区。

另外，微波雷达还具备庞大的收发系统也导致其移动困难；声雷达与微波雷达测量原理相似，不同的是将探测介质由微波改为了声波。

声雷达的探测方式使得在夜间和高海拔地区易出现信噪比降低的情况甚至无法测量。

因此，迫切需要补充新型的风场测量手段替代传统测风装置实现大气风场信息的测量。

2. 测风激光雷达系统2015年，南京牧镭激光科技有限公司成功研制出国产化测风激光雷达产品Molas B300，该产品基于多普勒原理可实现40～300 m 风场信息测■ 黄晨，朱海龙，周军南京牧镭激光科技有限公司第一作者黄晨量，风速测量精度可达0.1 m/s ，风向测量精度可达1°，数据更新率为1 Hz ，风速测量范围可达0～60 m/s 。

测风激光雷达定位为外场应用装备，对环境适应性有较高要求，Molas B300可在外界温度范围为-40℃～50℃，相对湿度为0%～100%的环境条件下正常工作。

除此以外，Molas B300体积小质量轻（约50 kg ）方便运输安装便捷，可显著降低项目前期施工时间。

激光多普勒测风雷达鉴频系统的自动化控制

激光多普勒测风雷达鉴频系统的自动化控制测风激光雷达在全球风场和机场风切变等探测中发挥重要作用,而其自动化控制是保证雷达正常、稳定运转及精确、高效工作必不可少的一个部分。

本论文就测风雷达的自动化控制展开研究。

首先对激光多普勒测风雷达系统的总体控制方案进行了设计。

然后以雷达的鉴频系统为重点,设计了其自动化控制方案并在硬件设备和软件程序上实现。

最后通过实验来检测了鉴频控制系统的可行性。

论文的核心部分是测风雷达鉴频系统自动化控制的方案设计和实现。

在实现控制系统硬件设备的基础上,利用VC++编写了主控计算机对鉴频相关设备的监控软件。

控制系统实现的功能主要有:鉴频F-P标准具透过率角度调谐曲线的扫描,标准具初始工作点的定位,以及鉴频数据的采集和处理。

自动化监控程序的两个关键技术是串口通信和GPIB通信。

串口通信程序实现主控计算机与控制单片机之间的通信,单片机根据用户要求驱动步进电机携带F-P标准具按设定的方向和角度转动到指定位置。

主控计算机通过GPIB接口从采集示波器读取测量的光强数据。

实验部分主要包括四个方面:鉴频激光特性的测量和分析;控制系统精度测量;鉴频F-P标准具透过率角度调谐曲线的扫描和初始工作点定位;硬目标回波信号的测量和分析。

实验中设计了鉴频自动化控制系统的检验方法。

在自动化控制下进行F-P标准具透过率曲线的扫描,得到的扫描曲线与理论曲线变化规律一致。

运行定位程序将标准具定位到工作点进行光强测量,得到的结果与扫描曲线上该点的光强差值为2.8%,而定位误差小于2.6μrad。

实验证明,控制系统能够实现鉴频F-P标准具透过率曲线的扫描和工作点的定位,其定位精度能够满足鉴频系统的要求。

利用监控软件的采集程序测量了硬目标静止、正转和反转三种情况下的回波信号。

对测量数据进行处理得到硬目标转速大小,正、反转速分别为5.1m/s和-3.9m/s,而利用转速计测量的值为4.7m/s和-4.3m/s,两个方向的测速差值均小于0.5m/s。

《大气激光雷达三通道收发匹配系统设计》

《大气激光雷达三通道收发匹配系统设计》一、引言大气激光雷达作为一种重要的光学遥感技术，广泛应用于大气环境监测、气象预报、气候变化研究等领域。

其中，三通道收发匹配系统作为大气激光雷达的核心组成部分，其设计对于提高系统的探测精度、稳定性和可靠性具有重要意义。

本文将详细介绍大气激光雷达三通道收发匹配系统的设计思路、方法及实现过程。

二、系统设计目标本系统设计的主要目标是为了实现大气激光雷达的高精度、高稳定性探测。

具体而言，设计目标包括以下几个方面：1. 提高探测精度：通过优化三通道收发匹配系统的设计，提高激光雷达的探测精度。

2. 增强稳定性：确保系统在长时间运行过程中保持稳定的性能。

3. 提高可靠性：通过合理的系统结构设计，提高系统的可靠性和耐用性。

三、系统组成及工作原理大气激光雷达三通道收发匹配系统主要由发射系统、接收系统、信号处理系统和控制系统等部分组成。

其中，发射系统负责发射激光脉冲，接收系统负责接收大气中散射回来的光信号，信号处理系统对接收到的光信号进行处理和分析，控制系统则负责整个系统的协调和控制。

四、三通道收发匹配系统设计1. 发射系统设计发射系统采用高功率、高稳定性的激光器作为光源，通过光纤将激光脉冲传输至大气中。

为了实现三通道的收发匹配，需对激光器进行精确的波长和功率控制，确保三个通道的激光脉冲在时间和空间上的同步性。

2. 接收系统设计接收系统主要由光学接收器件、滤波器、光电转换器等部分组成。

为了提高接收效率，需对光学接收器件进行精心选择和布置，以实现三通道的准确匹配。

同时，通过滤波器和光电转换器对接收到的光信号进行滤波和转换，以便后续的信号处理和分析。

3. 信号处理系统设计信号处理系统是整个系统的核心部分，负责对接收到的光信号进行处理和分析。

该系统采用高速数字信号处理技术，对光信号进行采样、滤波、放大、数字化等处理，以提取出有用的信息。

同时，通过算法对信息进行解析和反演，得到大气的相关参数。

多普勒测风激光雷达校准仪中电控系统的开发

多普勒测风激光雷达校准仪中电控系统的开发王力;杨洋;沈法华;李仁芮;冯法军【摘要】以伺服系统作为核心控制单元开发了一台多普勒测风激光雷达校准仪,得到一个稳定性强、准确性高的速度标准源,从而实现对测风激光雷达系统的自校准、定标.校准仪采用131072脉冲的高分辨率编码器,配以直径为200 mm的转盘,其边沿最大速度偏差小于0.4 mm/s.电制系统具有启动、停止、试运行及速度显示等功能,利用RS485通信手段可实现上位机对系统进行监控及相关数据分析的功能.%A calibration device for Doppler Wind Lidar has been designed andthe servo control system is the key part.The calibration system provides a high stability and a high precision speed standard. Its high resolution encoder with 131072 pulses and corresponding rotating platform with a diameter of 200 mm, has a maximum speed deviation of only 0.4 mm/s. The electronics control system implements the functions of starting, stopping, testing and speed indicating,etc. The upper computer adopts an industrial PC to communicate with the servo controller through RS485 bus, and thus to get the current speed and other relevant data and set all parameters of the servo controller.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2011(041)001【总页数】5页(P84-88)【关键词】测风激光雷达;速度校准;电控系统【作者】王力;杨洋;沈法华;李仁芮;冯法军【作者单位】承德石油高等专科学校,河北,承德,067000;承德石油高等专科学校,河北,承德,067000;河北省仪器仪表工程技术研究中心,河北,承德,067000;盐城师范学院,江苏,盐城,224002;承德石油高等专科学校,河北,承德,067000;承德石油高等专科学校,河北,承德,067000【正文语种】中文【中图分类】TN958.98目前，对测风激光雷达进行校准的主要方法是将测风激光雷达测得的风场数据与同一时间地点的微波气象雷达、声雷达或者探空仪测得的风场数据进行比较。

接收系统、包括其的激光雷达、以及回波接收处理的方法与相关技术

本技术涉及一种可用于激光雷达的接收系统，包括：接收透镜，配置成可接收障碍物反射的光束并进行汇聚；探测器阵列，所述探测器阵列设置在所述接收透镜的下游，包括多个探测器，所述探测器配置成可将入射到其上的光信号转换成电信号；和液晶快门阵列，所述液晶快门阵列设置在所述接收透镜与所述探测器阵列之间，并且包括多个可独立控制的液晶快门，其中当所述液晶快门开启时，允许来自接收透镜并入射到所述开启的液晶快门上的光束通过，并照射到所述探测器阵列的一个或多个探测器上。

权利要求书1.一种可用于激光雷达的接收系统，包括：接收透镜，配置成可接收障碍物反射的光束并进行汇聚；探测器阵列，所述探测器阵列设置在所述接收透镜的下游，包括多个探测器，所述探测器配置成可将入射到其上的光信号转换成电信号；和液晶快门阵列，所述液晶快门阵列设置在所述接收透镜与所述探测器阵列之间，并且包括多个可独立控制的液晶快门，其中当所述液晶快门开启时，允许来自接收透镜并入射到所述开启的液晶快门上的光束通过，并照射到所述探测器阵列的一个或多个探测器上。

2.根据权利要求1所述的接收系统，其中所述探测器包括SiPM、APD、SPAD中的一个或多个，所述探测器与所述液晶快门是一一对应关系，所述液晶快门为常闭快门。

3.根据权利要求1所述的接收系统，还包括控制单元，所述控制单元根据预设顺序控制所述液晶快门阵列中的多个液晶快门依次开启和闭合。

4.根据权利要求3所述的接收系统，所述预设顺序对应于所述激光雷达的发射系统的多个激光器的发射顺序。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的接收系统，还包括温度控制单元，所述温度控制单元配置成可监测和控制所述液晶快门阵列的温度。

6.根据权利要求5所述的接收系统，其中所述温度控制单元配置成可将所述液晶快门阵列的温度控制在所述液晶快门阵列的液晶材料的清晰温度以下约20度。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的接收系统，其中所述液晶快门阵列包括蓝相液晶。