Atmosfääri sidus tuvastamine LiDAR impulssvalgusallikas

Koherentne Doppler LiDAR (CDL) on täiustatud aktiivne kaugseiretehnoloogia, mida kasutatakse peamiselt atmosfääri tuuleväljade täpseks mõõtmiseks, samuti aerosoolide ja pilvede omadusteks. Selle keskmes ja hing asub impulssvalgusallikaga, mis ei toimi mitte ainult süsteemi "mootorina", vaid ka kriitilise komponendina, mis määrab selle tuvastamise jõudluse ülemise piiri.

Erinevalt traditsioonilisest non - sidusast (otsetuvastusest) lidarist töötab CDL sidusa tuvastamise põhimõttel. Süsteem kiirgab laserimpulssi äärmiselt stabiilse sageduse ja teadaoleva faasiteabega (mida nimetatakse "lokaalse ostsillaatoriks" või LO -talaks). Kuna see tala levib atmosfääri kaudu, hajuvad seda selliste osakeste nagu aerosoolide ja tolmuga (tagantjärele). Selle valguse väga väike osa on hajutatud mööda ülekandeteed ja võtab lidari vastu. Kuna need hajuvad osakesed on lidari suhtes liikumas (peamiselt tuule tõttu), läbib tagastatud valgusagedus DOPPLERi efekti kohaselt eralduva valguse suhtes minutilise nihkega (Doppleri nihe).

CDL leidlikkus peitub oma "optilise heterodüümise" meetodis, kus nõrga tagastatud signaalvalgus segatakse süsteemi sees oleva kohaliku ostsillaatori valgusega. Saadud löögisagedussignaal (vahe sagedussignaal) kannab Doppleri nihke teavet. Selle elektrilise signaali sageduse tuvastamisega saab hajuvate osakeste radiaalset kiirust piki joont - - laserkiire vaatepilti, saada äärmise täpsusega, saades seega tuulevektori teabe.

Seetõttu ei ole CDL -i impulssvalgusallikas lihtne "välkharu", vaid keerukas optiline seade, millel peab olema äärmiselt kõrge sageduse stabiilsus, väga kitsas joonelaius ja spetsiifilised lainepikkuse omadused. Praegu kasutab valdav enamus CDL -süsteeme oma valgusallikana väga sidusaid impulsiga kiudaineid.

CDL -i pulseeritud valgusallikas on ainulaadne, kuna see peab vastama sidusa tuvastamise rangetele füüsilistele nõuetele. Selle peamised omadused hõlmavad:

1. Extremely kõrge sagedusega stabiilsus ja kitsas joonlaius:See on kõige kriitilisem omadus. Doppleri nihe on väga väike (tavaliselt MHz järjekorras). Kui laseri enda sagedus- või liinilaius on liiga lai, surub see kasulikku signaali täielikult, põhjustades tuvastamise rikke. CDL -valgusallikad vajavad tavaliselt palju vähem kui 1 MHz, sageli isegi kilohertsi tasemel, väga ühtlase sagedusega impulsist impulsini.

2.Kui väljundvõimsus ja impulssienergia:Pikemate vahemaade uurimiseks ja atmosfääri sumbumise ja pöördvõrdelise - ruudukujulise seaduse tõttu energiakaotuse ületamiseks vajab valgusallikas suurt tippvõimsust ja ühe impulsi energiat. See tagab piisavalt footonid kaugetele sihtmärkidele ja on avastamiseks hajutatud.

3.Kellent tala kvaliteet:Allikas peaks väljastama difraktsiooni - Limited või lähedal - difraktsioon - Limited High - kvaliteet Gaussi tala. See tagab laserkiire hea suuna ja fookustatavuse, võimaldades pikemaid ülekandevahetusi ja säilitades väikese punkti suuruse, parandades seeläbi ruumilist eraldusvõimet ja signaali - {- mürasuhet.

4. Spetsiifiline töölainepikkus:CDL töötab peamiselt silmas - ohutu ribades umbes 1,5 μm ja 2 μm. Nendel lainepikkustel olevatel laseritel on inimese silma jaoks suur kahju, vähendades märkimisväärselt rakenduse ohutusriske ja võimaldades kasutuselevõttu suhteliselt asustatud piirkondades nagu lennujaamad ja linnad. Lisaks on need lainepikkused atmosfääri ülekandeaknad, mida vähem mõjutab atmosfääri molekulide imendumine (nt süsinikdioksiid, veeaur).

5. kõrge usaldusväärsus ja kompaktsus:Kiudlasertehnoloogiast kasu on tänapäevased CDL -valgusallikad kompaktsed, vastupidavad, hooldus - tasuta (või madal - hooldus) ja tundetud vibratsiooni ja temperatuuri variatsioonide suhtes, muutes need ideaalseks mobiilsete platvormide jaoks nagu õhust levivad, laevastiku ja sõiduk- alusel.

Kõrge - täppisõppe mõõtmise võimalused, mis on lubatud selle impulss -valgusallikaga, mängib CDL hädavajalikku rolli paljudes väljades:

Tuuleenergia ja ilmateade:

• Tuulepõllumajanduse optimeerimine: kasutatakse tuulepargi saitide sissevoolutuulte ja ärkvel olevate põldude mõõtmiseks, et optimeerida turbiini paigutust ja tõrjet juhtida, maksimeerida elektritootmise tõhusust ja vähendada väsimuskoormusi.
• Tõsine ilmastikuhoiatus: kasutatakse tuulenihke, allapoole ja mikroburneid - ilmastikunähtused, mis on surmavad lennundusohutusele -, pakkudes lennujaamadele hoiatusi.
• Meteoroloogilised uuringud: kasutatakse atmosfääri piirkihi struktuuri, turbulentse vahetuse, soojuse ja impulsivoogude jms uurimiseks, numbriliste ilma ennustamismudelite parandamiseks.

Lennunduse ohutus:

• Lennukite Wake Vortexi tuvastamine: suured lennukid tekitavad õhkutõusmise ja maandumise ajal intensiivseid ärkamisperioodi, mis on lennukite järgimisele ohtlikud. CDL saab jälgida nende keeriste asukohta, tugevust ja hajumist reaalses - aja jooksul, lühendades lennukite eraldamise intervalli, suurendades lennujaama mahutavust ja tagades ohutuse.
• Õhus leviv tuule nihkehoiatus: lennuki ninale kinnitatud tuuleväljaga mööda lennuteed, pakkudes pilootidele varaseid hoiatusi tuule nihketsoonide vältimiseks.

Kaitse ja turvalisus:

• Tuule ballistiline korrigeerimine: mõõdab täpselt tuulekiiruse profiile mööda koonust sihtmärgini, pakkudes andmeid ballistiliste paranduste jaoks kõrgel - täppis suurtükiväes ja snaiprisüsteemides, parandades oluliselt löögimäärasid.
• Keemiline/bioloogiline aine sensatsioon: AIDSi kahtlase aerosooli pilve dispersiooni tuvastamisel, tuvastades õhus suspendeeritud osakeste liikumise.
• Sõiduki navigeerimine: pakub navigeerimise ja vastupidavuse arvutuste jaoks täpset suhtelist tuulekiiruse teavet mehitamata õhusõidukite (UAV -de), rakettide jms kohta.

Kuum tags: atmosfääri sidus tuvastamine LiDAR impulss valgusallikas, Hiina atmosfääri sidus tuvastamine LiDAR impulss valgusallikas