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使用激光雷達(dá)/進(jìn)行大氣研究

大氣研究使用脈沖激光束通過(guò)測(cè)量大氣中 100 公里高度處的多普勒頻移和后向散射光來(lái)測(cè)量光束的溫度和風(fēng)速。由于返回的光信號(hào)非常微弱，可能會(huì)被太陽(yáng)輻射阻擋，萊布尼茨大氣物理研究所（IAP）解決了這個(gè)問(wèn)題：他們開(kāi)發(fā)了世界上唯一可以在白天使用且能夠進(jìn)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(gè)數(shù)字化儀，可提供所需的極高速度、靈敏度和實(shí)時(shí)能力。

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多普勒共振/激光雷達(dá)

這種測(cè)量技術(shù)被稱為多普勒共振激光雷達(dá)，因?yàn)橥ㄟ^(guò)將激光精確地調(diào)諧到金屬原子的共振躍遷，光會(huì)發(fā)生反向散射。反向散射信號(hào)非常微弱（每個(gè)激光脈沖只有一個(gè)光子），白天幾乎完全被太陽(yáng)輻射阻擋。夜間測(cè)量和白天測(cè)量的區(qū)別在于，白天來(lái)自太陽(yáng)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(duì)于執(zhí)行地球氣候的數(shù)值模擬至關(guān)重要。提供此類(lèi)數(shù)據(jù)的一種行之有效的方法是測(cè)量金屬原子的多普勒展寬線寬，例如通過(guò)共振激光雷達(dá)系統(tǒng)使用脈沖激光測(cè)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(xiàng)目是第一個(gè)開(kāi)發(fā)新型激光系統(tǒng)的項(xiàng)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(duì)惡劣的環(huán)境條件，例如研究船舶或極地地區(qū)。有了這項(xiàng)技術(shù)，每立方厘米大約一個(gè)原子的濃度就足以測(cè)量 100 公里距離的溫度和風(fēng)力，這是一個(gè)大氣壓力非常低的高度且只有火箭才能到達(dá)這個(gè)高度。

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開(kāi)發(fā) /移動(dòng)激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)

領(lǐng)導(dǎo)該項(xiàng)目的 Josef H?ffner 博士解釋說(shuō)：“該項(xiàng)目的目的是創(chuàng)建緊湊的移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，我們可以在世界各地?cái)y帶。這些系統(tǒng)需要在南極洲等極端環(huán)境條件下自動(dòng)運(yùn)行，而無(wú)法訪問(wèn)它們很長(zhǎng)一段時(shí)間。因此，我們需要非常堅(jiān)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(wú)憂?！?/p>

改進(jìn)該項(xiàng)目中的測(cè)量有幾個(gè)方面。首先是通過(guò)具有極小的視野以實(shí)現(xiàn)高分辨率和光學(xué)過(guò)濾來(lái)抑制背景噪聲。這意味著激光必須穩(wěn)定在視場(chǎng)以及所有濾光片中。激光器本身需要一個(gè)復(fù)雜而快速的納秒級(jí)實(shí)時(shí)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(gè)脈沖發(fā)射。來(lái)自反向散射光的信號(hào)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(cè)量激光器內(nèi)的條件。該系統(tǒng)每天 24 小時(shí)處理超過(guò) 1 GByte/sec 的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)處理測(cè)量數(shù)據(jù)后的響應(yīng)時(shí)間約為 1 ms?？偣灿?21 個(gè)信號(hào)由 IAP 開(kāi)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(guò)將快速、靈活的電子設(shè)備與實(shí)時(shí)功能相結(jié)合，我們實(shí)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(gè)令人印象深刻的改進(jìn)，”霍夫納博士說(shuō)。“我們的舊系統(tǒng)需要一個(gè) 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(jìn)一步縮小，以裝入一個(gè)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(jìn)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(yuǎn)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(cè)量已經(jīng)對(duì)我們對(duì)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(jì)出一個(gè)可靠、輕便、緊湊和高效的系統(tǒng)，以應(yīng)對(duì)未來(lái)的太空任務(wù)，”博士總結(jié)道。

虹科測(cè)試測(cè)量團(tuán)隊(duì)

虹科是在各細(xì)分專(zhuān)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(cè)試測(cè)量行業(yè)經(jīng)驗(yàn)超過(guò)17年的高科技公司，虹科與世界知名的測(cè)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(tái)的多種功能模塊，以及自動(dòng)化測(cè)試軟件平臺(tái)和測(cè)試系統(tǒng)，通用臺(tái)式信號(hào)源設(shè)備，高速數(shù)字化儀，EMC和射頻測(cè)試方案等。事業(yè)部目前已經(jīng)提供覆蓋半導(dǎo)體、3C、汽車(chē)行業(yè)的超過(guò)25個(gè)大型和超大型自研系統(tǒng)項(xiàng)目。我們的解決方案已在汽車(chē)電子、半導(dǎo)體、通信、航空航天、軍工等多個(gè)行業(yè)得到驗(yàn)證。此外，我們積極參與半導(dǎo)體、汽車(chē)測(cè)試等行業(yè)協(xié)會(huì)的工作，為推廣先進(jìn)技術(shù)的普及做出了重要貢獻(xiàn)。至今，虹科已經(jīng)先后為全國(guó)用戶提供了100+不同的解決方案和項(xiàng)目，并且獲得了行業(yè)內(nèi)用戶極好口碑。