Atmosphärische kohärente Detektion Lidar gepulste Lichtquelle

Kohärenter Doppler Lidar (CDL) ist eine fortschrittliche aktive Fernerkundungstechnologie, die hauptsächlich für die genaue Messung der atmosphärischen Windfelder sowie für die Eigenschaften von Aerosolen und Wolken verwendet wird. Im Herzen und seiner Seele liegt die gepulste Lichtquelle, die nicht nur als "Motor" des Systems dient, sondern auch als kritische Komponente, die die Obergrenze seiner Erkennungsleistung bestimmt.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Non - Kohärenten (direkter Nachweis) Lidar arbeitet CDL nach dem Prinzip der kohärenten Erkennung. Das System gibt einen Laserimpuls mit extrem stabiler Frequenz und bekannter Phaseninformationen (als "lokaler Oszillator" oder Lo Beam bezeichnet) aus. Da sich dieser Strahl durch die Atmosphäre ausbreitet, wird er von Partikeln wie Aerosolen und Staub (Rückstreuer) verstreut. Ein sehr kleiner Teil dieses Lichts ist entlang des Getriebewegs zurückverstreut und vom LiDAR empfangen. Da diese Streupartikel relativ zum LiDAR (hauptsächlich aufgrund von Wind) in Bewegung sind, erfährt die Häufigkeit des zurückgegebenen Lichts nach dem Doppler -Effekt eine winzige Verschiebung (Doppler -Verschiebung) relativ zum emittierten Licht.

Der Einfallsreichtum von CDL liegt in seiner Methode der "optischen Heterodie", wobei das schwache zurückgekehrte Signallicht mit einem Teil des zurückgehaltenen Oszillatorlichts im System gemischt wird. Das resultierende Schlagfrequenzsignal (das Zwischenfrequenzsignal) trägt die Doppler -Verschiebungsinformationen. Durch Erfassen der Frequenz dieses elektrischen Signals kann die radiale Geschwindigkeit der Streupartikel entlang der Linie - von - Sicht des Laserstrahls mit extremer Genauigkeit abgerufen werden, wodurch Windvektorinformationen erhalten werden.

Daher ist die CDL -gepulste Lichtquelle keine einfache "Flashbulb", sondern ein ausgeklügeltes optisches Gerät, das eine extrem hohe Frequenzstabilität, eine sehr schmale Linienbreite und spezifische Wellenlängeneigenschaften besitzen muss. Derzeit verwendet die überwiegende Mehrheit der CDL -Systeme stark kohärente gepulste Faserlaser als Lichtquelle.

Die CDL -gepulste Lichtquelle ist einzigartig, da sie den strengen physischen Anforderungen der kohärenten Erkennung erfüllen muss. Die Hauptmerkmale umfassen:

1. Extremisch Hochfrequenzstabilität und schmale Linienbreite:Dies ist das kritischste Merkmal. Die Doppler -Verschiebung ist sehr klein (typischerweise in der Reihenfolge von MHz). Wenn die eigene Frequenz -Jitter oder die Linienbreite des Lasers zu weit gefasst sind, wird das nützliche Signal vollständig überflutet, was zum Erkennungsversagen führt. CDL -Lichtquellen erfordern typischerweise eine Linienbreite viel weniger als 1 MHz, häufig sogar auf Kilohertz -Ebene, mit einer stark konsistenten Frequenz von Impuls zu Impuls.

2. hohe Ausgangsleistung und Impulsenergie:Um längere Entfernungen zu untersuchen und den Energieverlust aufgrund der atmosphärischen Abschwächung und des inversen - Quadratgesetzes zu überwinden, benötigt die Lichtquelle eine hohe Spitzenleistung und eine einzelne Impulsenergie. Dies stellt sicher, dass genügend Photonen entfernte Ziele erreichen und zur Erkennung zurückstreuten.

3. EXCELLENT BEAM -Qualität:Die Quelle sollte eine Beugung - limited oder in der Nähe von - Beugung - Limited High - Qualität Gaußsischer Beam ausgeben. Dies garantiert eine gute Richtung und Fokussierbarkeit des Laserstrahls, ermöglicht längere Übertragungsentfernungen und die Aufrechterhaltung einer kleinen Punktgröße, wodurch die räumliche Auflösung und das Signal - zu - -Rauschverhältnis verbessert werden.

4. spezifische Betriebswellenlänge:CDL arbeitet hauptsächlich im Auge - sichere Banden um 1,5 μm und 2 μm. Laser an diesen Wellenlängen haben eine hohe Schadensschwelle für das menschliche Auge, wodurch die Sicherheitsrisiken der Anwendung erheblich reduziert und den Einsatz in relativ besiedelten Bereichen wie Flughäfen und Städten ermöglicht werden. Darüber hinaus sind diese Wellenlängen atmosphärische Transmissionsfenster, die durch die Absorption von atmosphärischen Molekülen (z. B. Kohlendioxid, Wasserdampf) weniger beeinflusst werden.

5. Zuverlässigkeit und Kompaktheit in hoher Zuverlässigkeit:Moderne CDL -Lichtquellen profitieren von der Faserlaser -Technologie und sind kompakt, robust, Wartung - Free (oder niedrig - Wartung) und unempfindlich gegenüber Vibrationen und Temperaturvariationen, was sie ideal für mobile Plattformen wie Airborne, Shipborne und Vehicle - -basierte Anwendungen macht.

Nutzung der hohen - Präzisionswindmessungsfunktionen, die durch seine gepulste Lichtquelle aktiviert sind, spielt CDL in zahlreichen Feldern eine unverzichtbare Rolle:

Windergie- und Wettervorhersage:

• Windparkoptimierung: Wird zur Messung des Zuflusswinde und der Weckfelder an Windparkstellen zur Optimierung der Turbinenlayout und der Steuerung des Gierens, der Maximierung der Effizienz der Stromerzeugung und zur Reduzierung von Ermüdungslasten.
• Unwetterwarnung: Wird verwendet, um Windschere, Downbursts und Mikrobursts zu erfassen.
• Meteorologische Forschung: Wird zur Untersuchung der atmosphärischen Grenzschichtstruktur, des turbulenten Austauschs, der Wärme- und Impulsflüsse usw. verwendet, um die Vorhersagemodelle für numerische Wettervorhersage zu verbessern.

Luftfahrtsicherheit:

• Aircraft Wake -Wirbelkennung: Große Flugzeuge erzeugen während des Starts und der Landung intensive Wake -Wirbel, die für das folgende Flugzeug gefährdet sind. CDL kann die Position, Festigkeit und Ableitung dieser Wirbel in der realen - -Zeit überwachen, potenziell verkürzte Flugzeugtrennungsintervalle, Erhöhung der Flughafenkapazität und die Gewährleistung der Sicherheit.
• Airborne Wind -Scher -Alarm: An der Nase eines Flugzeugs montiert und untersucht das Windfeld vor dem Flugweg und bietet Piloten Frühwarnungen, um Windscherzonen zu vermeiden.

Verteidigung und Sicherheit:

• Ballistische Windkorrektur: Genau die Windgeschwindigkeitsprofile entlang des Pfades von der Mündung zum Ziel misst und Daten für die ballistische Korrektur in hoher - Präzisionsartillerie- und Sniper -Systeme liefert und die Trefferraten erheblich verbessert.
• Chemische/biologische Wirkstoffempfindung: Hilft bei der Identifizierung einer verdächtigen Aerosol -Wolkendispersion durch Erkennung der Bewegung von suspendierten Partikeln in der Luft.
• Fahrzeugnavigation: Bietet präzise relative Windgeschwindigkeitsinformationen für unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs), Raketen usw. für Navigations- und Ausdauerberechnungen.

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