Détection cohérente atmosphérique Source de lumière pulsée lidar

Le lidar Doppler cohérent (CDL) est une technologie de télédétection active active avancée principalement utilisée pour la mesure précise des champs de vent atmosphériques, ainsi que les propriétés des aérosols et des nuages. À son cœur et à son âme se trouve la source lumineuse pulsée, qui sert non seulement de "moteur" du système mais également de composant critique qui détermine la limite supérieure de ses performances de détection.

Contrairement au lidar traditionnel non - cohérent (détection directe), CDL fonctionne sur le principe de détection cohérente. Le système émet une impulsion laser avec une fréquence extrêmement stable et des informations de phase connues (appelé «oscillateur local» ou faisceau LO). À mesure que ce faisceau se propage à travers l'atmosphère, il est dispersé par des particules telles que les aérosols et la poussière (rétrodiffusion). Une très petite fraction de cette lumière est dispersée le long du chemin de transmission et reçu par le lidar. Étant donné que ces particules de diffusion sont en mouvement par rapport au lidar (principalement due au vent), la fréquence de la lumière retournée subit une minute de décalage (décalage de doppler) par rapport à la lumière émise, selon l'effet doppler.

L'ingéniosité du CDL réside dans sa méthode d '«hétéroding optique», où la faible lumière du signal retourné est mélangée avec une partie de la lumière d'oscillateur locale conservée à l'intérieur du système. Le signal de fréquence de battement résultant (le signal de fréquence intermédiaire) transporte les informations de décalage Doppler. En détectant la fréquence de ce signal électrique, la vitesse radiale des particules de diffusion le long de la ligne - de - de la vue du faisceau laser peut être récupérée avec une précision extrême, obtenant ainsi des informations sur les vecteurs de vent.

Par conséquent, la source de lumière pulsée CDL n'est pas un simple "flashbul" mais un dispositif optique sophistiqué qui doit posséder une stabilité de fréquence extrêmement élevée, une largeur de ligne très étroite et des propriétés spécifiques de longueur d'onde. Actuellement, la grande majorité des systèmes CDL utilisent des lasers à fibres pulsées hautement cohérentes comme source de lumière.

La source de lumière pulsée CDL est unique car elle doit répondre aux exigences physiques strictes de détection cohérente. Ses principales caractéristiques comprennent:

1. Stabilité de fréquence extrêmement élevée et largeur de ligne étroite:C'est la fonctionnalité la plus critique. Le décalage Doppler est très petit (généralement de l'ordre de MHz). Si la gigue de fréquence du laser ou la largeur de ligne est trop large, elle submergera complètement le signal utile, conduisant à une défaillance de détection. Les sources de lumière CDL nécessitent généralement une largeur de ligne beaucoup moins de 1 MHz, souvent même au niveau de Kilohertz, avec une fréquence très cohérente de l'impulsion à l'impulsion.

2. Énergie de sortie et d'impulsion élevée:Pour sonder les distances plus longues et surmonter la perte d'énergie due à l'atténuation atmosphérique et à la loi carrée inverse -, la source de lumière a besoin d'une puissance de pointe élevée et d'une énergie d'impulsion unique. Cela garantit que suffisamment de photons atteignent des cibles à distance et sont dispersés pour la détection.

3. Qualité de faisceau excellante:La source doit sortir une diffraction - Limited ou proche - Diffraction - Limited High - Poutre gaussien de qualité. Cela garantit une bonne directionnalité et une bonne focalisation du faisceau laser, permettant des distances de transmission plus longues et en maintenant une petite taille de spot, améliorant ainsi la résolution spatiale et le signal - à - Ratio.

4. Longueur d'onde de fonctionnement spécifique:CDL fonctionne principalement dans l'œil - Bandes sûres autour de 1,5 μm et 2 μm. Les lasers à ces longueurs d'onde ont un seuil de dégâts élevé pour l'œil humain, réduisant considérablement les risques de sécurité des applications et permettant le déploiement dans des zones relativement peuplées comme les aéroports et les villes. De plus, ces longueurs d'onde sont des fenêtres de transmission atmosphérique, moins affectées par l'absorption des molécules atmosphériques (par exemple, dioxyde de carbone, vapeur d'eau).

5. haute fiabilité et compacité:Bénéficiant de la technologie laser des fibres, des sources de lumière CDL modernes sont compactes, robustes, entretien - libre (ou faible - d'entretien) et insensible aux variations de vibration et de température, ce qui les rend idéales pour des plates-formes mobiles telles que les applications basées sur les navires aériens, les navires et les véhicules-.

Tirant l'extraction des capacités élevées de mesure du vent de précision - activées par sa source de lumière pulsée, CDL joue un rôle indispensable dans de nombreux domaines:

Énergie éolienne et prévisions météorologiques:

• Optimisation du parc éolien: Utilisé pour mesurer les vents d'entrée et les champs de réveil sur les sites de parc éolien pour optimiser la disposition des turbines et contrôler le lacet, maximiser l'efficacité de la production d'électricité et réduire les charges de fatigue.
• Avertissement météorologique sévère: Utilisé pour détecter le cisaillement du vent, les ruptures et les microburstes - phénomènes météorologiques mortels à la sécurité aérienne - fournissant des avertissements aux aéroports.
• Recherche météorologique: Utilisé pour étudier la structure de la couche limite atmosphérique, l'échange turbulent, les flux de chaleur et de momentum, etc., améliorant les modèles de prédiction météorologique numérique.

Sécurité de l'aviation:

• Détection du vortex de réveil des avions: Les grands avions génèrent des tourbillons de sillage intenses pendant le décollage et l'atterrissage, qui sont dangereux pour les avions suivants. Le CDL peut surveiller la position, la résistance et la dissipation de ces tourbillons en temps réel -, raccourcissant potentiellement les intervalles de séparation des avions, augmentant la capacité de l'aéroport et garantissant la sécurité.
• Alerte de cisaillement du vent aéroportée: monté sur le nez d'un avion, il sonde le champ de vent le long de la trajectoire de vol, offrant aux pilotes des avertissements précoces pour éviter les zones de cisaillement du vent.

Défense et sécurité:

• Correction du vent balistique: mesure avec précision les profils de vitesse du vent le long du chemin du museau à la cible, fournissant des données pour la correction balistique dans des systèmes d'artillerie de précision et de tireurs d'élite élevés -, améliorant considérablement les taux de succès.
• Détection des agents chimiques / biologiques: aide à l'identification de la dispersion suspecte des nuages ​​d'aérosols en détectant le mouvement des particules en suspension dans l'air.
• Navigation sur les véhicules: fournit des informations précises de vitesse du vent relatives pour les véhicules aériens sans pilote (UAV), les missiles, etc., pour les calculs de navigation et d'endurance.

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