1 中国海洋大学 信息科学与工程学部 海洋技术学院，山东 青岛 266100
2 中国海洋大学 海洋高等研究院，山东 青岛 266100
3 中国科学院上海光学精密机械研究所 中国科学院空间激光信息传输与探测技术重点实验室，上海 201800
4 中国民用航空西北地区空中交通管理局甘肃分局，甘肃 兰州 730087
5 兰州大学 大气科学学院，甘肃 兰州 730000
6 崂山实验室 区域海洋动力学与数值模拟功能实验室，山东 青岛 266237
基于多普勒效应的相干激光雷达广泛应用于测风等大气探测领域，实际应用于风场观测时，由于噪声杂波干扰、回波信号较弱和风场不均匀性等影响了多普勒频移估计的精度。为准确估计激光雷达弱回波信号中的多普勒频移，提升相干测风激光雷达的探测距离和探测精度，文中开展了基于激光雷达功率谱信号的多普勒频移估计算法以及探测性能提升的评估研究。在快速傅里叶变换的基础上，提出了一种结合线性预测频谱估计与导数增强方法的功率谱分析方法，通过与常用的最大似然离散谱峰值频移估计算法(ML DSP算法)进行比较，验证了文中方法在相干测风激光雷达微弱信号频移估计过程中的优势。风速数据的时间及空间相关性分析结果表明，功率谱分析方法具有更好的风速估计稳定性，有效风场探测距离相较ML DSP算法提升了73%。与超声风速计对比结果表明，文中提出的综合算法在弱信号情况下的风速测量精度高，风速结果与超声风速计的标准偏差相较ML DSP算法降低了0.23 m/s，偏离率BIAS降低了0.3 m/s，有效提高了低信噪比范围内多普勒频移估计的精度。
相干多普勒激光雷达 多普勒频移估计 弱信号识别 峰值检索 coherent Doppler lidar Doppler frequency estimation weak signal recognition peak retrieval 红外与激光工程
2023, 52(11): 20230216
1 中国海洋大学 信息科学与工程学部海洋技术学院，山东 青岛 266100
2 中国科学院上海光学精密机械研究所 空间激光信息传输与探测技术重点实验室，上海 201800
3 崂山实验室 区域海洋动力学与数值模拟功能实验室，山东 青岛 266237
4 青岛镭测创芯科技有限公司，山东 青岛 266100
实时准确获取飞机尾涡的特征参数信息，将有利于在保持机场基础设施的情形下进一步提升机场吞吐量。相干多普勒激光雷达作为飞机尾涡的有效探测手段，可提供其位置与强度信息。针对飞机尾涡特征反演算法在近地面环境下出现的误识别及定位精度下降问题，通过采用区域聚焦的方法减少背景环境对识别精度的影响，并引入尾涡的旋转特征、对反演结果检验，以此提高结果的可靠性。针对扫描中尾涡的移动、扭曲或数据缺失引起的强度评估不准问题，通过尾涡速度分布校正和理想化飞机尾涡模型校正两步来提高强度反演精度。经成都双流国际机场观测数据验证，该优化算法的正确识别率提高2.8%，漏报率下降2.7%，虚警率下降20.86%。
大气光学 飞机尾涡 激光雷达 航空安全 快速识别 atmospheric optics aircraft wake vortex lidar aviation safety fast identification 红外与激光工程
2023, 52(11): 20230160
1 中国海洋大学信息科学与工程学院海洋技术系, 山东 青岛 266100
2 青岛海洋科学与技术试点国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室, 山东 青岛 266237
3 中国海洋大学海洋高等研究院, 山东 青岛 266100
4 青岛镭测创芯科技有限公司, 山东 青岛 266100
5 中国民用航空飞行学院空中交通管理学院, 四川 广汉 618307
相干多普勒激光雷达(Coherent Doppler Lidar, CDL)凭借高精度、高时空分辨率等优势已成为晴空尾涡探测的主要手段。为了提高飞机尾涡观测效率并实现数据的快速处理和实时显示,基于2018年在四川开展的尾涡观测实验,提出了一种基于CDL频谱宽度和径向风速的尾涡快速识别方法,并基于此方法分析了典型机型的尾涡演化过程。结果表明,不同机型的尾涡演化趋势相似,均在距地面约50 m处产生并向下、向外扩散,尾涡环量逐渐减小,但由于近地面效应的影响,会伴有短时间环量增加现象。随着飞机重量和翼展的减小,尾涡的耗散时间缩短,左右涡初始涡核的间距减小,频谱宽度融合现象更明显,该现象消失所历经的时间增加。
大气光学 激光雷达 航空安全 飞机尾涡 快速识别与演化
1 Institute for Advanced Ocean Study, College of Information Science and Engineering, Ocean Remote Sensing Institute, Ocean University of China，Qingdao26600，China
2 Institute for Advanced Ocean Study, College of Information Science and Engineering, Ocean Remote Sensing Institute, Ocean University of China，Qingdao26600，China
3 North China Regional Air Traffic Management Bureau of CAAC, Beijing100621, China
为实现不同成因类型的低空风切变观测，利用两台相干多普勒测风激光雷达在北京首都国际机场展开试验观测。针对干性雷暴和地形引起的两类风切变，分别采用多普勒波束摆动（Doppler Beam Swing，简称DBS）和下滑道两种扫描模式进行风切变的探测与识别。结果表明，DBS模式风切变识别方法可有效识别干性雷暴引起的水平低空风切变，下滑道模式可有效识别地形诱导的下滑道顺风和逆风风切变。干性雷暴造成的风速骤增、风向突变和上升下降气流的强烈对流是引发低空风切变的主要原因。地形诱导风切变主要由高速气流和复杂下垫面相互作用产生，具有偶发性和瞬变性的特点。
激光雷达 航空安全 低空风切变识别 干性雷暴 地形 lidar aviation safety low-level wind shear dry thunderstorms terrain
1 西安应用光学研究所, 陕西 西安 710065
2 西安现代控制技术研究所, 陕西 西安 710065
为实现对距离4 km目标100 Hz振动特征的提取, 提出利用激光微多普勒手段增强导弹目标辨识能力的方法。设计了一种基于偏振分光的激光发射/接收/电视共孔径系统, 这种能够二级稳定的系统适应于弹载环境, 利用光纤选通完成光程自动补偿, 实现相干光匹配, 采用本振/回波信号相干法, 用线宽300 Hz的本振光调制后形成探测脉冲光, 可提高探测距离, 并避免回波与本振光因大气衰减而导致的错峰, 由FPGA/DSP构建的傅里叶变换电路可获取时频曲线信号, 频移为36 kHz时可实现目标的辨识。
弹载系统 激光微多普勒 相干探测 光程差补偿 激光线宽 傅里叶时频转换 missile-borne system laser micro-doppler coherent detection optical path difference compensation laser line width Fourier time-frequency transform
1 北京服装学院材料科学与工程学院, 北京100029
2 中国人民解放军总后勤部军需装备研究所, 北京100010
利用便携式近红外光谱仪对376个涤/棉混纺织物进行研究, 利用定量分析模型中的偏最小二乘法(partical least squares, PLS)作为校正方法, 结合涤/棉混纺织物中涤、 棉含量设定的定性鉴别系数, 建立了涤/棉混纺织物的半定量-定性分析校正模型。 该模型对涤/棉混纺织物进行定性鉴别的同时得出其相对含量, 分析结果具有半定量性质。 在建模过程中, 采用Savitzky-Golay导数法, 消除噪声和基线漂移对光谱的影响, 并研究了波段选择和不同预处理方法对定性校正模型的影响。 纯棉的主要吸收峰位于1 400~1 600 nm, 纯涤的主要吸收峰位于1 600~1 800 nm, 随着涤或棉含量的增加, 其相应的吸收峰强度增强, 因此, 建模波段以涤、 棉主要吸收峰区间为基本波段, 进行双向扩展, 得到最佳波长区间1 100~2 500 nm(相关系数0.6, 波点数934)。 利用所建校正模型对验证集样本进行预测, 结果表明, 在1 100~2 500 nm处, 预处理方法为Savitzky-Golay导数、 多元散射校正与均值中心化相结合时, 该模型评价参数较佳, 其中RC(校正集相关系数)0.978, RP(验证集相关系数)0.940, SEC(校正标准差)1.264, SEP(预测标准差)1.590, 样品预测正确率达93.4%。 表明该定性分析校正模型能够较好地对涤/棉混纺织物进行半定量-定性预测。
涤/棉混纺织物 近红外光谱 半定量-定性 Cotton-polyester blend fabrics NIRS Semi-quantitative-qualitative PLS PLS 光谱学与光谱分析
2014, 34(12): 3246
1 西安应用光学研究所，陕西 西安 710065
2 总装备部西安军代局,陕西 西安 710032
为LDA侧面泵浦Nd∶YAG棒状固体激光器的优化设计、参数选取及后续试验提供了理论依据和参考,建立了环形侧面泵浦棒状介质泵浦光场分布数值计算模型，研究了LDA侧面泵浦固体Nd∶YAG激光器泵浦光场的分布特点。模拟分析了LDA的bar间距、玻璃管厚度、激光晶体半径等几个主要泵浦结构参数对泵浦光场分布的影响。通过对不同泵浦参数下泵浦光分布特性的数值计算，优化了LDA侧面泵浦固体激光器的泵浦结构参数，优化后的仿真结果表明：在泵浦距离为2 mm条件下，晶体直径为4 mm，玻璃管套筒厚度为1 mm，冷却水层厚度为1 mm时，泵浦光在晶体中心处强度相对值为40.8%，在晶体轴心附近分布比较均匀，且均匀分布区域相对较大。
激光二极管阵列(LDA) 侧面泵浦 泵浦光场分布 光场均匀性 laser diode array(LDA) side-pumped pump light distribution homogeneity of light field
