文档介绍：航天学院激光雷达测风技术( 3) 航天学院大气风场数据获得的手段 ?地面、海面、风散射仪等,只能提供表面大气层的数据 ?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 ?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航天学院激光雷达测风技术特点 :(与其它方式比较) ?空间分辨率高(角分辨率? rad 量级) ?时间分辨率高?高测量精度(低对流层<1m/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 : ?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)航天学院非相干 DIAL CO 2 脉冲激光器发展二极管泵浦单频可更换恶劣条件长寿命 2 ?m 1 ?m 大气层:低层高层相干测风 X3 非相干测风 OPO 泵浦非相干 DIAL O 3 高精度高分辨率低对流层和云全球范围中分辨率中精度中高层大气 - ??m 相干海洋、河流表面流速高功率激光测高仪混合型激光雷达 ?m 共性问题全球激光雷达探测战略( 1) 航天学院全球激光雷达探测战略( 2) 航天学院 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 风分布数/hour 30,000 100 风分布间距 km50 >500 时间采样 hour 312 测量精度 m/s 2555 水平积分区域 km5050航天学院激光雷达测风技术发展趋势工作波段趋向短波长探测方式?相干外差探测??非相干直接探测?工作波长 10?m2? ? ?m 532nm 355nm 激光器状态 CO 2激光器 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 航天学院激光多普勒测风雷达的分类 (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 I 2分子吸收 (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?超外差技术本振光与多频率信号光航天学院大气分子或气溶胶散射产生的多普勒频移根据动量守恒和能量守恒定理: 大气分子或气溶胶散射产生的多普勒频移: 对于前向散射对于后向散射航天学院原子吸收产生的多普勒频移原子共振吸收频率为: 根据动量守恒和能量守恒定理: 多普勒频移为: 原子吸收截面由于多普勒频移而展宽: