基于双法布里-珀罗干涉仪多纵模米散射多普勒激光雷达技术

作者：沈法华; 徐菁苑; 范安冬; 谢晨波; 王邦新; 杨亮亮; 周慧; 徐华

来源：红外与激光工程, 2023, 52(07): 189-198.

• 激光雷达
• 大气风场
• 多纵模脉冲激光
• 法布里-珀罗干涉仪
• 米散射

提出了基于双法布里-珀罗干涉仪(FPI)的多纵模米散射多普勒激光雷达技术，分析了探测原理，并导出了径向风速和后向散射比测量误差公式。该技术要求多纵模激光源的纵模间隔与双FPI的自由谱间距相匹配，并将各纵模的中心频率锁定在双FPI周期性频谱曲线的交叉点附近。详细分析了频率匹配误差引起的风速测量误差。在低风速区域，由频率匹配误差造成的风速测量误差增加的百分数EV随匹配误差的增大而迅速增大；频率匹配误差不变时，EV随风速增大而缓慢减小；当频率匹配误差小于10 MHz时，EV将小于5%。设定合理的大气模式和系统参数，对基于双FPI的多纵模米散射多普勒激光雷达的探测性能进行了仿真分析。结果表明：在0～10 km高度、0～50 m/s的径向风速范围内，当距离分辨率为30 m、时间分辨率为30 s、激光发射天顶角为30°时，系统白天和晚间的径向风速测量精度分别优于1.50 m/s和1.02 m/s；在无云条件下，系统白天和晚间的后向散射比相对测量精度分别优于6.57%和4.53%。

• 单位
  中国科学院，安徽光学精密机械研究所; 电子工程学院; 盐城师范学院; 中国科学院安徽光学精密机械研究所