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激光雷达测风技术(3)
HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
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航天学兜
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大气风场数据获得的手段
1. 地球表面观测系统
＞地面、海面、风散射仪等，只能提供表面大气层的数据
2. 高空单层大气观测系统
＞机载和星载的云图变化的风场推算数据，该方式覆盖范围受限
3. 高空多层大气观测系统
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航夭学fit
＞无线电探空仪和卫星探测器，无线电探空仪能够提供风场的垂 直分布情况，但是它主要是在北半球的陆地，很难给出大覆盖 范围的观测数据
激光雷达测风技术特点
1. 优势：（与其它方式比较）
* 空间分辨率高（角分辨率屮'ad量级）
* 时间分辨率高
* 高测量精度（低对流层<lm/s,中高层<3m/s ）
* 覆盖范围大（全球范围），适合星载平台 全球的分子散射测量：尤其在海洋或南半球 气溶胶散射测量：在低大气层和陆地上空
2. 劣势：
* 适合晴天工作，大气穿透能力差（不适合雾、雨、雪天）
* 近地面水平作用距离有限（由于大气衰减）
全球激光雷达探测战略(1)
脉冲激光器发展
二极管泵浦 单频 可更换 恶劣条件 长寿命
混合型
激光雷达
非相干
DIAL CO2
f吗干海洋、河 流表面流速
高精度 ,
高分辨率I
低对流层和云| \\
非相干测风
全球范围
中分辨率
中精度
中高层大气
gm
泵浦
- ym
— — — — <5
大气层： 低层咼层
非相干
DIAL 03
航夭学洗
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HIT
全球激光雷达探测战略（2）
航天学
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WMO的全球风测量技术指标
单位
理想要求
最低要求
边界层
对流层
平流层
低对流层
高对流层
平流层
垂直范围
km
0-2
2-16
16-30
0-5
5-16
16-20
垂直分辨率
km
5
10
10
风分布数
/hour
30,000
100
风分布间距
km
50
>500
时间采样
hour
3
12
测量精度
m/s
2
5
5
5
水平积分区域
km
50
50
越咯齊懐乂聲尊 航夭学
激光雷达测风技术发展趋势
■
短波长
探测方式
<= 相干夕卜差探测 二*
u 非相干直接探测 二>
工作波长
lOjim
2 pm
532nm
355nm
激光器状态
Tm:YLuAG
TmHo:YAG
Raman激光器 OPO-Nd:YAG
Er激光器
Nd:YAG
倍频 Nd:YAG 可见光
三倍频
Nd:YAG
优点
宽带探测
可调谐本振
相干 非相干
最佳的 激光技术
硅探测器
分子散射
探测对象
Mie
Mie
Mie
Mie
Mie
Rayleigh
Mie
Rayleigh
越咯齊懐乂聲尊 航夭学
激光多普勒测风雷达的分类
1. 直探式（相对强度检测）
＞边缘技术
单边缘、双边缘
＞条纹技术 环形条纹、直列条纹
＞分子吸收技术
【2分子吸收
2. 相干式（直接频率检测FFT）
＞外差技术 本振光与信号光
＞自差技术 多频率发射光本身
＞超外差技术
航天学喘
本振光与多频率值做叙工書霧
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大气分子或气溶胶