Atmosfærisk sammenhængende detektion LIDAR pulserede lyskilde

Sammenhængende Doppler Lidar (CDL) er en avanceret aktiv fjernmålingsteknologi, der primært bruges til den nøjagtige måling af atmosfæriske vindfelter samt egenskaberne for aerosoler og skyer. I hjertet og sjælen ligger den pulserede lyskilde, der ikke kun tjener som "motoren" i systemet, men også som den kritiske komponent, der bestemmer den øvre grænse for dens detektionsydelse.

I modsætning til traditionel ikke - sammenhængende (direkte detektion) LIDAR, fungerer CDL efter princippet om sammenhængende detektion. Systemet udsender en laserpuls med ekstremt stabil frekvens og kendt faseinformation (kaldet "Local Oscillator" eller LO Beam). Når denne stråle forplantes gennem atmosfæren, er den spredt af partikler såsom aerosoler og støv (backscatterers). En meget lille brøkdel af dette lys er spredt tilbage langs transmissionsstien og modtaget af Lidar. Da disse spredningspartikler er i bevægelse i forhold til LIDAR (primært på grund af vind), gennemgår hyppigheden af ​​det returnerede lys et minutskift (Doppler -skift) i forhold til det udsendte lys, ifølge Doppler -effekten.

Opfindsomheden af ​​CDL ligger i sin metode til "optisk heterodynning", hvor det svage returnerede signallys blandes med en del af det tilbageholdte lokale oscillatorlys inde i systemet. Det resulterende beat -frekvenssignal (det mellemfrekvenssignal) bærer Doppler -skiftinformationen. Ved at detektere hyppigheden af ​​dette elektriske signal kan spredningspartiklernes radiale hastighed langs linjen - af - synet af laserstrålen hentes med ekstrem nøjagtighed, hvilket således får vindvektorinformation.

Derfor er CDL -pulserende lyskilde ikke en simpel "flashbulb", men en sofistikeret optisk enhed, der skal have ekstremt højfrekvensstabilitet, meget smal linebredde og specifikke bølgelængdeegenskaber. I øjeblikket anvender langt de fleste CDL -systemer meget sammenhængende pulserede fiberlasere som deres lyskilde.

CDL -pulseret lyskilde er unik, fordi den skal opfylde de strenge fysiske krav til sammenhængende detektion. Dens vigtigste egenskaber inkluderer:

1. Ekstremisk højfrekvent stabilitet og smal linjebredde:Dette er den mest kritiske funktion. Doppler -skiftet er meget lille (typisk i rækkefølgen af ​​MHz). Hvis laserens egen frekvensjitter eller linjebredde er for bred, vil den fuldstændigt oversvømme det nyttige signal, hvilket fører til detektionsfejl. CDL -lyskilder kræver typisk en linjebredde, der er meget mindre end 1 MHz, ofte endda på kilohertz -niveau, med meget konsistent frekvens fra puls til puls.

2. Høj udgangseffekt og pulsenergi:For at undersøge længere afstande og overvinde energitab på grund af atmosfærisk dæmpning og den inverse - firkantet lov, har lyskilden brug for høj topkraft og enkelt pulsenergi. Dette sikrer nok fotoner når fjerne mål og er spredt tilbage til detektion.

3. Excellent Beam Quality:Kilden skal udsende en diffraktion - begrænset eller i nærheden af ​​- diffraktion - begrænset højt - kvalitet Gaussisk stråle. Dette garanterer god retningsbestemmelse og fokusabilitet af laserstrålen, hvilket muliggør længere transmissionsafstande og opretholder en lille pletstørrelse og forbedrer dermed den rumlige opløsning og signal - til - støjforhold.

4. Specifik driftsbølgelængde:CDL fungerer primært i øjet - sikre bånd omkring 1,5 μm og 2 μm. Lasere ved disse bølgelængder har en høj skade -tærskel for det menneskelige øje, hvilket reducerer ansøgningssikkerhedsrisici markant og tillader implementering i relativt befolkede områder som lufthavne og byer. Desuden er disse bølgelængder atmosfæriske transmissionsvinduer, mindre påvirket af absorption fra atmosfæriske molekyler (f.eks. Kuldioxid, vanddamp).

5. Høj pålidelighed og kompakthed:Ved at drage fordel af fiberlaserteknologi er moderne CDL -lyskilder kompakte, robuste, vedligeholdelse - gratis (eller lav - vedligeholdelse) og ufølsomme over for vibrations- og temperaturvariationer, hvilket gør dem ideelle til mobile platforme som luftbårne, skibsbårne og køretøj - -baserede applikationer.

Udnyttelse af de høje - præcisionsvindmålingsfunktioner aktiveret af sin pulserede lyskilde spiller CDL en uundværlig rolle inden for adskillige felter:

Vindenergi og vejrprognoser:

• Optimering af vindmølleparken: Bruges til at måle indstrømningsvind og vågne marker på vindmølleparker til optimering af turbinelayout og kontrol af gab, maksimere effektproduktionseffektiviteten og reducere træthedsbelastninger.
• Advarsel om alvorligt vejr: Brugt til at detektere vindskær, nedbrud og mikrobursts - Vejrfænomener dødbringende til luftfartssikkerhed - Tilvejebringelse af advarsler for lufthavne.
• Meteorologisk forskning: Brugt til at studere atmosfærisk grænselagstruktur, turbulent udveksling, varme- og momentumfluxer osv., Forbedring af numeriske vejrforudsigelsesmodeller.

Luftfartssikkerhed:

• Aircraft Wake Vortex Detektion: Store fly genererer intense vågenhvirvler under start og landing, som er farlige for at følge fly. CDL kan overvåge position, styrke og spredning af disse hvirvler i reelle - tid, potentielt forkorte luftfartsseparationsintervaller, øge lufthavnskapaciteten og sikre sikkerhed.
• Luftbåren vindskærgearm: Monteret på næsen på et fly, det undersøger vindfeltet foran langs flyvevejen, hvilket giver piloter tidlige advarsler for at undgå vindskærzoner.

Forsvar og sikkerhed:

• Ballistisk vindkorrektion: måler præcist vindhastighedsprofiler langs stien fra snuden til målet, hvilket giver data til ballistisk korrektion i høj - præcisionsartilleri og snigskytte systemer, hvilket forbedrer hitraterne i høj grad.
• Kemisk/biologisk middelfølsomhed: AIDS til at identificere mistænkelige aerosolsky -spredning ved at detektere bevægelsen af ​​ophængte partikler i luften.
• Køretøjsnavigation: Tilvejebringer præcise relative vindhastighedsoplysninger til ubemandede luftfartøjer (UAV'er), missiler osv. Til navigations- og udholdenhedsberegninger.

Populære tags: Atmosfærisk sammenhængende detektion LIDAR pulseret lyskilde, Kina atmosfærisk sammenhængende detektion LIDAR pulseret lyskilde