發(fā)布時(shí)間：2020-10-31 15:56

　　 相干測風(fēng)激光雷達(dá)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、多參數(shù)、高時(shí)空分辨率、高精度的中高層風(fēng)場觀測,在風(fēng)切變探測、飛機(jī)尾流探測、大氣湍流探測和風(fēng)能發(fā)電等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。如何從大氣回波信號中提取微弱的多普勒頻移信息是相干測風(fēng)激光雷達(dá)信號處理的難點(diǎn)。相對于傳統(tǒng)的時(shí)域或頻域處理方法,聯(lián)合時(shí)頻分析從時(shí)頻域刻畫信號可視性全貌,揭示信號頻率分量隨時(shí)間的變化過程,淹沒在噪聲中的信號通過聯(lián)合時(shí)頻分析和多組累加的方式更容易識別出來。時(shí)頻分析保持了對遠(yuǎn)場弱信號風(fēng)速估計(jì)的連續(xù)性,提高了距離分辨率和時(shí)間分辨率,改善了信噪比,反映出風(fēng)速變化的豐富細(xì)節(jié)。本論文的主要工作如下:1.回顧了相干測風(fēng)激光雷達(dá)和聯(lián)合時(shí)頻分析的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,概述聯(lián)合時(shí)頻分析在激光雷達(dá)中的研究成果和應(yīng)用趨勢。分析基于激光多普勒效應(yīng)測量大氣風(fēng)場的基本原理,介紹了激光雷達(dá)典型的系統(tǒng)組成,建立了相干測風(fēng)激光雷達(dá)的大氣分層模型,論述了常用的風(fēng)速估計(jì)算法如脈沖對算法、最大似然估計(jì)法和周期圖最大值法,推導(dǎo)相干測風(fēng)激光雷達(dá)基本性能參數(shù),討論了時(shí)頻方法的基本理論。2.基于大氣分層模型仿真生成相干測風(fēng)激光雷達(dá)大氣回波時(shí)域信號,采用線性時(shí)頻分布、Cohen類時(shí)頻分布、重排類時(shí)頻分布和自適應(yīng)最優(yōu)核時(shí)頻分布對模擬回波信號進(jìn)行時(shí)頻分析,分析時(shí)頻方法的時(shí)頻特征,比較其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和性能差異。3.使用1.5μm相干多普勒激光雷達(dá)于2017年3月份在安徽合肥進(jìn)行實(shí)地觀測,將譜圖、自適應(yīng)最優(yōu)核時(shí)頻分布和周期圖最大值法應(yīng)用于實(shí)測數(shù)據(jù),對比分析風(fēng)速反演結(jié)果。實(shí)測結(jié)果表明在可探測范圍內(nèi)風(fēng)速分布在-3.5m/s-0m/s之間,約1.1 km左右出現(xiàn)的風(fēng)切變是由于風(fēng)場峽谷效應(yīng)而形成的。通過對比實(shí)驗(yàn)和連續(xù)觀測論證自適應(yīng)最優(yōu)核時(shí)頻分布在3km內(nèi),當(dāng)距離分辨率為1.2m、時(shí)間分辨率為0.2s時(shí)能夠直觀體現(xiàn)出風(fēng)場變化的豐富細(xì)節(jié),3km后經(jīng)平滑保.持了對遠(yuǎn)場弱信號風(fēng)速估計(jì)的連續(xù)性。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：P412.25
【部分圖文】：

風(fēng)速廓線圖；（ｃ）黑色實(shí)線的平均Ｗｉｇｎｅｒ－Ｖｉｌｌｅ分布??２０１４年，法國航空航天研宄院報(bào)道了?１．５＠全光纖單頻激光雷達(dá)測得的風(fēng)??速隨距離變化的譜圖結(jié)果［３５］。譜圖分析結(jié)果如圖１．２（ａ）所示，在時(shí)間分辨率為０．１ｓ??時(shí)探測范圍為１０ｋｍ，９ｋｍ以下的信噪比與激光雷達(dá)方程保持良好一致；當(dāng)時(shí)間??分辨率為〇．４１ｓ時(shí)，最遠(yuǎn)探測范圍達(dá)到１３ｋｍ。２０１６年，該研宄所報(bào)導(dǎo)了長距多??普勒測風(fēng)雷達(dá)，圖１．２（ｂ）為當(dāng)時(shí)間分辨率為０．１ｓ時(shí)風(fēng)速隨距離變化的譜圖分析結(jié)??果［３６］，探測距離可達(dá)１６ｋｍ。??ｉ?？＝＊■！，ｉ：；：ｇ＾｜｜??０?２?４?６?８?１０?１２?１４?０?２?４?６?８?１０?１２?１４?１６??Ｒａｉｉｇｅ（ｋｍ）?Ｒａｉｉｇｅ（ｋｍ）??圖１．２風(fēng)速隨距離變化的譜圖圖像??

?Ｒａｎｇｅ（ｍ）?ｔ（ｕｓ）??圖１．１飛機(jī)尾渦的仿真分析。（ａ）尾渦對中徑向風(fēng)速的等高線數(shù)值模擬圖；（ｂ）三條視線的徑向??風(fēng)速廓線圖；（ｃ）黑色實(shí)線的平均Ｗｉｇｎｅｒ－Ｖｉｌｌｅ分布??２０１４年，法國航空航天研宄院報(bào)道了?１．５＠全光纖單頻激光雷達(dá)測得的風(fēng)??速隨距離變化的譜圖結(jié)果［３５］。譜圖分析結(jié)果如圖１．２（ａ）所示，在時(shí)間分辨率為０．１ｓ??時(shí)探測范圍為１０ｋｍ，９ｋｍ以下的信噪比與激光雷達(dá)方程保持良好一致；當(dāng)時(shí)間??分辨率為〇．４１ｓ時(shí)，最遠(yuǎn)探測范圍達(dá)到１３ｋｍ。２０１６年，該研宄所報(bào)導(dǎo)了長距多??普勒測風(fēng)雷達(dá)，圖１．２（ｂ）為當(dāng)時(shí)間分辨率為０．１ｓ時(shí)風(fēng)速隨距離變化的譜圖分析結(jié)??果［３６］，探測距離可達(dá)１６ｋｍ。??ｉ?？＝＊■！，ｉ：；：ｇ＾｜｜??０?２?４?６?８?１０?１２?１４?０?２?４?６?８?１０?１２?１４?１６??Ｒａｉｉｇｅ（ｋｍ）?Ｒａｉｉｇｅ（ｋｍ）??圖１．２風(fēng)速隨距離變化的譜圖圖像??２０１６年

??的重建二維小波分布。圖１．３中結(jié)果表明重建結(jié)果大致上和原始溫度擾動場一致，??重建二維小波分布可以很好代表真實(shí)大氣波動。該研宄成果為中間層及低熱層的??垂直研究和環(huán)境預(yù)報(bào)工作提供觀測支持。??－２０?０?２０?－２?０?２?－４?０?４?－２?０?２?－４?０?４??——ＬＴ?■………丨．—?—ｆ?—??Ｉ—■?—ＩＩ?１—??６５?＾一（ｂ）?？?（Ｃ）?（ｄ）?（ｅ）??！?＾?ｉ?＾?＾??２５?＾?；??＂５?１００?８０?１１５?】００?８０?１１５?１００?８０?１１５?１００?８０?１１５?１００?８０??Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ?ｔｉｍｅ（ｈ）??圖１．３原始相對溫度擾動和二維小波重建結(jié)果。??（ａ）２０１４年７月１６至１８日相對溫度擾動；（ｂ）３．６ｈ；?（ｃ）４．８ｈ；?（ｄ）７．８ｈ；?（ｅ）結(jié)合三個(gè)主小波??中重建的溫度擾動場??２０１７年，法國航空航天研宄院和法國放射性廢物管理機(jī)構(gòu)采用譜圖方法，??分析１６４５ｍｎ全光纖相干激光雷達(dá)在石油和天然氣設(shè)施處對甲烷通量的測量能力??２０１７年，德國宇航局采用二維小波分析對南半球中緯度地區(qū)新西蘭（４５ｓＳ）??和北半球高緯度地區(qū)芬蘭（６７°Ｎ）的兩臺瑞利激光雷達(dá)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比研宄，觀??測在３０ｋｍ至８５ｋｍ海拔高度冬季重力波傳播特征［４１］。??１．３．?２信號去噪??在信號去噪方面，由于信號中的噪聲往往分布在高頻區(qū)域，如果采用舍棄高??頻分量的方法，就可以粗糙的去除噪聲，故信號去噪常采用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸獾母倪M(jìn)??算法較多。在時(shí)頻面上，隨機(jī)噪聲往往隨機(jī)分布在整個(gè)時(shí)頻面，而信號能量常常??聚集在有限區(qū)域
【參考文獻(xiàn)】

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2 何勁;張群;楊小優(yōu);羅迎;;逆合成孔徑成像激光雷達(dá)成像算法[J];紅外與激光工程;2012年04期

3 何俊峰;劉文清;張玉鈞;段連飛;楊露怡;阮俊;;HHT在激光云高儀后向散射信號處理中的應(yīng)用[J];紅外與激光工程;2012年02期

4 何勁;張群;羅迎;楊小優(yōu);;逆合成孔徑成像激光雷達(dá)微多普勒效應(yīng)分析及特征提取[J];電子學(xué)報(bào);2011年09期

5 陳冬;王江安;康圣;;脈沖激光雷達(dá)信號降噪方法對比[J];艦船科學(xué)技術(shù);2011年04期

6 李利;司錫才;柴娟芳;張雯雯;;基于重排小波-Radon變換的LFM雷達(dá)信號參數(shù)估計(jì)[J];系統(tǒng)工程與電子技術(shù);2009年01期

7 王學(xué)勤;董艷群;原帥;盛美菊;張駿;;激光雷達(dá)微多普勒效應(yīng)的仿真研究[J];激光技術(shù);2007年02期

本文編號：2864161