全光纤相干多普勒激光雷达的非线性最小二乘风速反演方法与实验研究

简介：
本研究聚焦于全光纤相干多普勒激光雷达技术，提出并验证了一种基于非线性最小二乘法的高效风速反演算法，并通过实验展示了其优越性能。 我们研制了一套人眼安全的全光纤相干多普勒激光测风雷达系统。该系统的光源采用1550纳米全光纤单频保偏激光器，其单脉冲能量为0.2毫焦耳，重复频率达到每秒1万次，脉冲半高全宽为400纳秒，线宽小于1兆赫兹。 在接收端使用口径为10厘米的望远镜和扫描器，并采用速度方位显示（VAD）模式来测量不同方向上的视线风速。通过平衡探测器获取回波相干信号，然后利用每秒千兆采样的模拟数字转换卡采集这些信号，在现场可编程门阵列（FPGA）中进行1024点快速傅里叶变换以获得不同距离的功率谱信息。 对于各个方向上的视线风速数据，我们使用非线性最小二乘法反演出激光雷达测量到的风速剖面矢量。经过测试，该系统与传统的风廓线雷达在水平和垂直风向及速度方面具有高度一致性，相关系数分别为0.988、0.941和0.966。