利用Fabry-Perot标准具检测的瑞利散射测风激光雷达研究的开题报告.docx

利用Fabry-Perot标准具检测的瑞利散射测风激光雷达研究的开题报告
一、研究背景和意义
测风激光雷达是当前风能利用系统中最为常用的测量手段，其准确测量风速和风向对于风电场的有效运行和管理尤为关键。传统的测风激光雷达通常采用激光多普勒效应对风速进行测量，但是该测量方法对于长距离测量和低速风场存在精度和灵敏度的局限。因此，研究基于瑞利散射的测风激光雷达技术，对于提高测量精度和灵敏度有着重要的意义。
基于瑞利散射的测风激光雷达利用大气中的瑞利散射现象，通过检测大气中的背景瑞利峰变化，实现对风速的准确测量，并且不需要对风场的流动特性进行任何假设和约束。Fabry-Perot标准具是实现基于瑞利散射测风的关键设备之一，在进行基于瑞利散射测风的实验研究中具有重要作用。
二、研究目标和内容
本研究的目标是设计和制备一种高性能的Fabry-Perot标准具，并且利用该标准具进行基于瑞利散射的测风激光雷达实验研究。具体的研究内容包括：
1.设计和制备Fabry-Perot标准具。整个标准具由两个平行金属反射镜和一个夹层介质组成，具有较高的反射率和透射率，能够提供稳定而可控的多条干涉光谱线。
2.建立基于瑞利散射的测风激光雷达实验系统。该系统将Fabry-Perot标准具与激光器、探测器和光谱分析仪相结合，实现对大气中的散射光进行高精度测量，并且获取背景瑞利峰的变化信息。
3.利用实验系统进行基于瑞利散射的测风激光雷达实验研究。通过对标准具和实际测量的大气样本进行多组数据比对，验证该实验系统在测风方面的精度和稳定性，并且从中提取出大气中散射光的有用信息，如大气中的风速、温度等参数。
三、研究方法和技术路线
本研究采用的主要方法包括实验设计和数据分析。具体的技术路线如下：
1.设计和制备Fabry-Perot标准具。采用计算机辅助设计软件对标准具的光学参数进行优化，然后利用高精度的数控加工和薄膜镀膜技术制备出标准具。
2.建立基于瑞利散射的测风激光雷达实验系统。搭建激光器、探测器、光学接口和光谱分析仪等主要设备，并且进行必要的校准工作。
3.利用实验系统进行基于瑞利散射的测风激光雷达实验研究。首先对标准具进行物理特性的测试和表征，并且利用标准具建立实验系统的测量模型。然后在实验样本中加入不同的气体，进行数据采集和分析，以得出准确的大气参数。
四、预期结果和意义
本研究的预期结果包括：
1.成功设计和制备一种性能卓越的Fabry-Perot标准具，该标准具具有较高的反射率和透射率，能够提供稳定而可控的多条干涉光谱线。
2.成功建立基于瑞利散射的测风激光雷达实验系统，并且实现对大气中散射光的高精度测量。同时，该实验系统也能够提取出大气中散射光的有用信息。
3.确定本实验系统的精度和稳定性，并且验证其在测风方面的可行性和有效性。
本研究的意义在于深入研究基于瑞利散射的测风激光雷达技术，增强测风激光雷达的测量精度和灵敏度，为提高风电场的运行效率和降低风能成本奠定重要基础。同时，该研究对于提升我国激光测量技术和大气环境监测技术的水平也具有一定的参考和指导意义。