相干测风激光雷达中望远镜孔径与截断因子的优化研究

简介：
本研究探讨了在相干测风激光雷达系统中，通过优化望远镜孔径及截断因子来提升测量精度和数据质量的方法和技术。 基于相干多普勒测风激光雷达的外差探测理论，本段落给出了自由空间与光纤耦合两种模式下的外差效率解析表达式，并通过参数替换使两者具有统一的形式。结合此表达式以及湍流环境下的信噪比公式，仿真计算了地基及星载相干测风激光雷达系统在不同探测距离处的最优望远镜孔径和截断因子。 研究结果表明，在地面系统中，信号噪声比随着望远镜孔径的变化较为陡峭，并存在最佳的望远镜孔径与截断因子。若选择不当，则可能导致系统的信噪比显著下降；而在星载平台下，回波信号的信噪比较为稳定，且随望远镜孔径先增加后趋于平稳。因此，在成本和性能之间可以进行合理的权衡选取合适的望远镜孔径，而最优化的截断因子约为80%。 本研究对相干多普勒测风激光雷达探测理论的发展及系统器件的最佳配置提供了重要的理论依据。