Определение спектральных и энергетических характеристик эхо-сигнала в когерентных доплеровских лидарах

• Автор: Холодов, Юрий Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1983
• Место защиты: Долгопрудный
• Количество страниц: 144 c. : ил

0 ГЛАВЛЕНИЕ

Глава I. Функция взаимной когерентности рассеянного лазерного излучения
§ I. Спектр рассеянного лазерного излучения в пределах площади когерентности поля
§ 2. Степень взаимной когерентности рассеянного лазерного излучения
Глава 2. Энергетические параметры сигнала ЛДИС
§ I. Эффективность фотосмешения в прямой дифференциальной схеме ЛДИС
§ 2. Эффективность фотосмешения в обратной дифференциальной схеме ЛДИС
§ 3. Уравнение лазерной локации .для когерентного
доплеровского измерителя скорости
Глава 3. Экспериментальные исследования
§ I. Экспериментальные исследования контура функции взаимной когерентности рассеянного лазерного излучения
§ 2. Измерение локальных скоростей среды
Заключение
Библиографический указатель .
Приложение

Применение лазерных анемометров для изучения потоков в атмосфере и аэрогидродинамических трубах обладает многими преимуществами по сравнению с другими системами аналогичного назначения. Лазерно-локационные измерения не вносят возмущения в исследуемой среде и, следовательно, нет необходимости рассматривать достаточно сложные газодинамические эффекты взаимодействия измерительного датчика с потоком. За время, прошедшее с появлением первых работ Уи и Камингса /65,66/, были получены многочисленные теоретические и экспериментальные результаты, свидетельствующие о перспективности лазерных методов измерения скорости/53/. Достаточно перечислить исследования, включающие изучение обтекания различных тал в аэродинамических трубах, течений в двигателях и соплах, в пограничном слое, в двухфазных потоках, в ударных волнах и т.д./1,8,17,32,35,36,68 /. Диапазон измеряемых скоростей простирается от 1СГ^ м/с до 201)0 м/с и более, минимальное пространственное разрешение составляет Ю-^ м/39,41,55/. Минимальное
время регистрации доведено до 10 с измерены частоты колебаний газового потока выше 10 кГц/78/. Теоретически показана возможность измерения колебаний газового потока до I МГц/77/, Одновременно с решением лазерно-локационных задач, связанных с изучением динамики потоков, продолжается разработка теории лазерных допле-ровских измерителей скорости (ЛДИС) для двух основных видов: с когерентным и энергетическим приемом изучения/73/, В настоящее время довольно полно исследована теория ЛДИС с энергетическим приемом излучения, включая лидары со сканирующим интерферометром Фабри-Перо и с интерферометром Фабри-Перо, имеющим линейную частотную характеристику коэффициента пропускания/24,27,33,61,62,71/. Менее исследованы Еопросы, связанные с теорией когерентных ЛДИС

первую очередь к ним относится эффективность фотосмешения в дифференциальных схемах ЛДИС, где слабо исследованы вопросы о корректном переходе от одночастичного режима рассеяния в зондируемом объеме к многочастичному, о величине средних коэффициентов модуляции мощности эхо-сигнала на додлероЕской частоте в зависимости от числа частиц, величины зондируемого объема, пространственного периода интерференционной картины и длины волны ОКТ /17 / . С другой стороны, при анализе спектрального состава эхо-сигнала, несмотря на большое количество публикаций, не учитываются когерентные свойства рассеянного изулчения /14,22,43,60 /. В результате усложняется вывод корреляционной функции сигнала, проводится дополнительная операция усреднения по ансамблю частиц и в большинстве случаев не учитывается вклад модовой структуры лазерного источника.
Перечисленные вопросы актуальны в связи с разработкой и созданием метеорологических лидаров для решения целого ряда научных и прикладных задач. К наиболее главным можно отнести изучение поля скоростей ветра при прогнозировании аэрозольных и газовых загрязнений в крупных промышленных районах; исследования струйных течений, коэффициентов турбулентного перемешивания; измерения конвективных потоков в атмосфере, вертикальных сдвигов скоростей ветра над взлетно-посадочными полосами, вертикальных потоков по трассе полета и т.д. /26 / . Важно подчеркнуть, что е ряде задач указанные исследования могут быть реализованы лишь методами лазерной локации, а акустические методы оказываются совершенно неприемлемыми, например, при измерениях с борта самолета.
Делью диссертационной работы является:
I. Анализ связи функции взаимной когерентности рассеянного лазерного излучения с модовой структурой ОКТ, эффективностью фото-

Рис. 2.1.
расчету взаимной-интенсивности рассеянного лазерного излучения в прятлой дифференциально! схеме ЛДИС. • | : •