Fonte de luz pulsada de detecção coerente atmosférica

O LiDar Doppler coerente (CDL) é uma tecnologia avançada de sensoriamento remoto ativo avançado usado principalmente para a medição precisa dos campos de vento atmosférico, bem como as propriedades dos aerossóis e nuvens. No seu coração e alma, encontra -se a fonte de luz pulsada, que serve não apenas como o "motor" do sistema, mas também como o componente crítico que determina o limite superior de seu desempenho de detecção.

Diferentemente do tradicional não - coerente (detecção direta) lidar, o CDL opera com o princípio da detecção coerente. O sistema emite um pulso a laser com frequência extremamente estável e informações de fase conhecidas (chamadas "oscilador local" ou feixe LO). À medida que esse feixe se propaga através da atmosfera, ele é espalhado por partículas como aerossóis e poeira (retrocolteradores). Uma fração muito pequena dessa luz é espalhada ao longo do caminho de transmissão e recebida pelo Lidar. Como essas partículas de dispersão estão em movimento em relação ao Lidar (principalmente devido ao vento), a frequência da luz retornada passa por um minuto em mudança (mudança de doppler) em relação à luz emitida, de acordo com o efeito Doppler.

A ingenuidade do CDL reside em seu método de "heterodilamento óptico", onde a luz de sinal retornada fraca é misturada com uma porção da luz do oscilador local retido dentro do sistema. O sinal de frequência de batida resultante (o sinal de frequência intermediário) carrega as informações de mudança do Doppler. Ao detectar a frequência desse sinal elétrico, a velocidade radial das partículas de dispersão ao longo da linha - de - visão do feixe de laser pode ser recuperada com extrema precisão, obtendo assim informações sobre o vetor de vento.

Portanto, a fonte de luz pulsada com CDL não é uma "flashbulb" simples, mas um dispositivo óptico sofisticado que deve possuir estabilidade de frequência extremamente alta, largura de linha muito estreita e propriedades específicas do comprimento de onda. Atualmente, a grande maioria dos sistemas CDL emprega lasers de fibra pulsada altamente coerentes como sua fonte de luz.

A fonte de luz pulsada do CDL é única porque deve atender aos requisitos físicos rigorosos da detecção coerente. Suas principais características incluem:

1. Estabilidade de alta frequência com alta frequência e largura de linha estreita:Este é o recurso mais crítico. A mudança do Doppler é muito pequena (normalmente da ordem do MHz). Se o jitter de frequência ou a largura de linha do laser for muito amplo, ele inundará completamente o sinal útil, levando à falha de detecção. As fontes de luz CDL geralmente requerem uma largura de linha muito menos que 1 MHz, geralmente até no nível de KiloHertz, com frequência altamente consistente de pulso ao pulso.

2. Alta potência de saída e energia do pulso:Para investigar distâncias maiores e superar a perda de energia devido à atenuação atmosférica e à lei quadrada inversa -, a fonte de luz precisa de alta potência de pico e energia de pulso único. Isso garante que os fótons suficientes atinjam alvos distantes e estejam espalhados para a detecção.

3. Excelente qualidade do feixe:A fonte deve produzir uma difração - limitada ou próxima - difração - limitada alta - Beam gaussiana de qualidade. Isso garante boa direcionalidade e focação do feixe de laser, permitindo distâncias de transmissão mais longas e mantendo um pequeno tamanho de ponto, melhorando assim a resolução e o sinal espacial - para -}.

4. comprimento de onda operacional específico:O CDL opera principalmente no olho - bandas seguras em torno de 1,5 μm e 2 μm. Os lasers nesses comprimentos de onda têm um limiar de alto dano para o olho humano, reduzindo significativamente os riscos de segurança do aplicativo e permitindo a implantação em áreas relativamente povoadas, como aeroportos e cidades. Além disso, esses comprimentos de onda são janelas de transmissão atmosférica, menos afetadas pela absorção de moléculas atmosféricas (por exemplo, dióxido de carbono, vapor de água).

5. Alta confiabilidade e compactação:Beneficiando -se da tecnologia de laser de fibra, as fontes de luz CDL modernas são compactas, robustas, manutenção - livre (ou baixa - manutenção) e insensíveis a variações de vibração e temperatura, tornando -as ideais para plataformas móveis como aplicativos aéreos, navios de navios a navios e-}}}}.

Aproveitando as capacidades de medição de vento de precisão altas - ativadas por sua fonte de luz pulsada, o CDL desempenha um papel indispensável em vários campos:

Energia eólica e previsão do tempo:

• Otimização do parque eólico: usado para medir ventos e campos de despertar nos locais do parque eólico para otimizar o layout da turbina e controlar a guinada, maximizar a eficiência da geração de energia e reduzir as cargas de fadiga.
• Aviso severo do tempo: usado para detectar cisalhamento de vento, decepções e microburstos - fenômenos climáticos mortais para a segurança da aviação - fornecendo avisos para os aeroportos.
• Pesquisa meteorológica: usado para estudar estrutura da camada limite atmosférica, troca turbulenta, fluxos de calor e momento, etc., melhorando os modelos numéricos de previsão do tempo.

Segurança da aviação:

• Aeronave Wake Vortex Detecção: Aeronaves grandes geram vórtices intensos de vigília durante a decolagem e o pouso, que são perigosos para a seguinte aeronave. A CDL pode monitorar a posição, força e dissipação desses vórtices em tempo real -, reduzindo potencialmente intervalos de separação de aeronaves, aumentando a capacidade do aeroporto e garantindo a segurança.
• Alerta de cisalhamento do vento no ar: montado no nariz de uma aeronave, ele investiga o campo de vento à frente ao longo da rota de vôo, fornecendo aos pilotos avisos precoces para evitar zonas de cisalhamento do vento.

Defesa e segurança:

• Correção do vento balístico: mede com precisão perfis de velocidade do vento ao longo do caminho do focinho até o alvo, fornecendo dados para a correção balística em altos sistemas de artilharia e atirador de precisão, melhorando bastante as taxas de acerto.
• Sensoramento de agentes químicos/biológicos: AIDS na identificação de dispersão suspeita de nuvem de aerossol, detectando o movimento de partículas suspensas no ar.
• Navegação do veículo: fornece informações precisas de velocidade de vento relativas para veículos aéreos não tripulados (UAVs), mísseis, etc., para cálculos de navegação e resistência.

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