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使用激光雷達/進行大氣研究

大氣研究使用脈沖激光束通過測量大氣中 100 公里高度處的多普勒頻移和后向散射光來測量光束的溫度和風(fēng)速。由于返回的光信號非常微弱，可能會被太陽輻射阻擋，萊布尼茨大氣物理研究所（IAP）解決了這個問題：他們開發(fā)了世界上唯一可以在白天使用且能夠進入南極大氣條件的便攜式儀器。新一代緊湊可靠的系統(tǒng)使用新型二極管泵浦激光器，其核心是頻譜儀器任意波形發(fā)生器 (AWG) 和兩個數(shù)字化儀，可提供所需的極高速度、靈敏度和實時能力。

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多普勒共振/激光雷達

這種測量技術(shù)被稱為多普勒共振激光雷達，因為通過將激光精確地調(diào)諧到金屬原子的共振躍遷，光會發(fā)生反向散射。反向散射信號非常微弱（每個激光脈沖只有一個光子），白天幾乎完全被太陽輻射阻擋。夜間測量和白天測量的區(qū)別在于，白天來自太陽的背景噪聲要多 1 億倍。

了解海拔在 80 到 110 公里之間的大氣溫度分布（MLT）對于執(zhí)行地球氣候的數(shù)值模擬至關(guān)重要。提供此類數(shù)據(jù)的一種行之有效的方法是測量金屬原子的多普勒展寬線寬，例如通過共振激光雷達系統(tǒng)使用脈沖激光測量得出，鉀共振線在 770 nm 和鐵共振線在 372 nm 或 386 nm。以前的激光器一直使用閃光燈泵，該項目是第一個開發(fā)新型激光系統(tǒng)的項目，該系統(tǒng)使用高效、可調(diào)諧、二極管泵浦、變石激光器，能夠更好地應(yīng)對惡劣的環(huán)境條件，例如研究船舶或極地地區(qū)。有了這項技術(shù)，每立方厘米大約一個原子的濃度就足以測量 100 公里距離的溫度和風(fēng)力，這是一個大氣壓力非常低的高度且只有火箭才能到達這個高度。

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開發(fā) /移動激光雷達測量系統(tǒng)

領(lǐng)導(dǎo)該項目的 Josef H?ffner 博士解釋說：“該項目的目的是創(chuàng)建緊湊的移動測量系統(tǒng)，我們可以在世界各地攜帶。這些系統(tǒng)需要在南極洲等極端環(huán)境條件下自動運行，而無法訪問它們很長一段時間。因此，我們需要非常堅固和可靠的組件，并且能夠在這些具有挑戰(zhàn)性的條件下提供所需的靈敏度、速度和靈活性。虹科Spectrum 的五年保修讓我們高枕無憂?！?/p>

改進該項目中的測量有幾個方面。首先是通過具有極小的視野以實現(xiàn)高分辨率和光學(xué)過濾來抑制背景噪聲。這意味著激光必須穩(wěn)定在視場以及所有濾光片中。激光器本身需要一個復(fù)雜而快速的納秒級實時穩(wěn)定系統(tǒng)。這由虹科Spectrum M2i.6012-exp 20 MS/s AWG 控制，每天以每秒 500 個脈沖發(fā)射。來自反向散射光的信號由虹科 Spectrum M4i.4421-x8 250 MS/s 16 位數(shù)字化儀處理。使用 M4i.2221-x8 2.5 GS/s 8 位數(shù)字轉(zhuǎn)換器卡測量激光器內(nèi)的條件。該系統(tǒng)每天 24 小時處理超過 1 GByte/sec 的數(shù)據(jù)，實時處理測量數(shù)據(jù)后的響應(yīng)時間約為 1 ms?？偣灿?21 個信號由 IAP 開發(fā)的軟件包管理。

圖3：虹科 Spectrum M4i.4421-x8 250 MS/s 16 位數(shù)字化儀

“通過將快速、靈活的電子設(shè)備與實時功能相結(jié)合，我們實現(xiàn)了緊湊、高度集成的解決方案，與以前大很多倍的大型且難以處理的解決方案相比，這是一個令人印象深刻的改進，”霍夫納博士說。“我們的舊系統(tǒng)需要一個 10 噸、6米的容器，而使用虹科Spectrum板卡和新型激光器已將其縮小到 1500 千克的系統(tǒng)。我們幾乎已將其進一步縮小，以裝入一個只有 1 立方米的盒子，只有250 公斤，我們將使用相同的電子設(shè)備和更緊湊、更先進的激光器?！?/p>

這種高度緊湊的新型設(shè)備的靈敏度和便攜性使得能夠在偏遠地區(qū)以前所未有的分辨率和準(zhǔn)確性獲得新的溫度數(shù)據(jù)?！拔覀兊臏y量已經(jīng)對我們對大氣的理解產(chǎn)生了重大影響，真正令人興奮的是，我們已經(jīng)證明我們可以設(shè)計出一個可靠、輕便、緊湊和高效的系統(tǒng)，以應(yīng)對未來的太空任務(wù)，”博士總結(jié)道。

虹科測試測量團隊

虹科是在各細分專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的資源整合及技術(shù)服務(wù)落地供應(yīng)商。在測試測量行業(yè)經(jīng)驗超過17年的高科技公司，虹科與世界知名的測量行業(yè)巨頭公司Marvin Test、Pickering Interface, Spectrum, Raditeq等公司合作多年，提供領(lǐng)域內(nèi)頂尖水平的基于PXI/PXIe/PCI/LXI平臺的多種功能模塊，以及自動化測試軟件平臺和測試系統(tǒng)，通用臺式信號源設(shè)備，高速數(shù)字化儀，EMC和射頻測試方案等。事業(yè)部目前已經(jīng)提供覆蓋半導(dǎo)體、3C、汽車行業(yè)的超過25個大型和超大型自研系統(tǒng)項目。我們的解決方案已在汽車電子、半導(dǎo)體、通信、航空航天、軍工等多個行業(yè)得到驗證。此外，我們積極參與半導(dǎo)體、汽車測試等行業(yè)協(xié)會的工作，為推廣先進技術(shù)的普及做出了重要貢獻。至今，虹科已經(jīng)先后為全國用戶提供了100+不同的解決方案和項目，并且獲得了行業(yè)內(nèi)用戶極好口碑。