相位编码中断连续波相干激光测风雷达的建模与仿真

摘要

目前国内外1.55μm光纤激光测风雷达系统,普遍采用变焦望远镜系统,即利用高斯光束的特性,通过控制远场高斯光束束腰的办法,抑制二次回波和高次回波,解决距离模糊问题,其作用距离近,距离模糊问题严重,并且存在本振光泄漏的缺陷,大大限制了该系统的应用范围。与此同时,脉冲相干激光测风雷达正遇到技术瓶颈,短期内难有实质性突破进展,而国内对小型低成本激光测风雷达的需求又极其迫切。为此,本论文另辟蹊径,提出相位编码中断连续波相干激光测风雷达的概念,利用数值仿真手段,对相位编码中断连续波激光测风雷达系统进行初步建模,探索一下该体制激光测风雷达的可行性。
　　本论文提出的二相编码技术与一般意义上二相编码位连续波微波雷达有着显著的不同之处,即本论文的相位编码是按距离门进行编码(相位标记),码元长度决定距离门长度,重复周期决定距离门数,进而解决连续波激光测风雷达测距的难题。由于码元长,亦即避开了速度模糊问题,这也正是本文创新性、本测风雷达系统优点之所在。
　　首先,设计了1.55μm相位编码中断连续波相干激光测风雷达的系统结构,介绍了相位编码中断连续波相干激光测风雷达的工作原理,推导并分析了相位编码中断连续信号的模糊度函数,并探讨了模糊度函数和分辨率之间的关系。
　　其次,根据相位编码原理,推导了相位编码连续波的频率谱表达式。利用MATLAB软件对常见伪随机序列调制的相位编码激光信号的时域波形,频谱、模糊函数、自相关函数等进行了仿真,并对各种码型进行了分析、比较。
　　最后,利用MATLAB软件模拟相位编码中断连续波相干测风激光雷达的激光回波信号,采用光学混频、正交解调、相关处理等技术对测风雷达的激光回波信号进行了解调,验证了相位编码中断连续波相干激光测风雷达体制的可行性。

目录

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1课题背景及意义

1.2 连续波激光测风雷达的研究进展

1.3 相干激光测风雷达的研究进展

1.4 主要研究内容

1.5 论文结构安排

第2章 相位编码激光测风雷达若干关键问题

2.1 相位编码中断连续波相干激光测风雷达

2.1.1 多普勒激光测风雷达

2.1.2 相位编码中断连续波激光测风雷达总体结构

2.1.3 相位编码中断连续波激光发射原理

2.1.4 相位编码中断连续激光信号的接收原理

2.2 模糊度函数

2.2.1 模糊度函数的定义

2.2.2 相位编码信号的模糊度函数

2.2.3 模糊度函数与分辨率

2.2.4 伪随机相位编码信号的模糊特性

2.3几种相位编码序列

2.3.1 巴克序列

2.3.2 组合巴克序列

2.3.3 m序列

2.3.4 MAC序列

2.3.5 一种近完美序列

2.4 本章小结

第3章 相位编码激光发射信号的建模与仿真

3.1相位编码连续激光信号的时域和频谱公式推导

3.1.1 相位编码连续波激光信号的时域波形

3.1.2 相位编码连续激光信号的频谱

3.2 相位编码连续激光发射信号的仿真

3.2.1 相位编码中断连续激光发射信号的设计指标

3.2.2 相位编码连续激光发射信号的仿真

3.3 码型比较与分析

3.4 本章小结

第4章 相位编码激光气象回波信号的建模与仿真

4.1 相位编码激光气象回波信号的仿真

4.1.1 理想中断连续激光回波信号的仿真

4.1.2 噪声信号的仿真

4.1.3 相位编码激光气象回波信号的仿真

4.2 相位编码激光气象回波信号的检测

4.2.1 距离门分割

取采样频率为100MHz，则一个距离门内采样520次，采样后中频信号的时域波形，如图4-4所示：

图4-4 中频信号的时域波形

4.2.2 正交解调

4.2.3 相关处理

4.3 仿真结果与分析

4.4 本章小结

结 论

参考文献

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

致 谢