This work relates to the remote sensing technologies to determine wind velocity and its related phenomena. Laser-based pulsed systems with heterodyne detection allow a very sensitive measurement of particles’ velocity in the atmosphere. The heterodyne detection theory and the essential principles and properties of this technology are presented.
An all-fiber coherent Doppler lidar system in master-oscillator power-amplifier design with a novel multi-wavelength channel configuration was developed and introduced, characterized, and validated in this work. The fiber amplifier is a crucial component of multi-channel all-fiber systems and is therefore discussed with special emphasis on non-linear effects and pulse distortions. A novel feedback controlled pulse-shaping unit was developed to control pulse energy and the shape of the amplified pulses of each channel.
Each and every wavelength-channel creates an independent speckle pattern, which is demonstrated by hard targets with diffuse character and atmospheric single-shot measurements, and compared with theoretical results. Utilizing four channels, the precision of the measured wind velocity can be improved and this feature is demonstrated with measured atmospheric return signals. A correlation technique is presented, which enables the enhancement of the SNR at higher backscattered powers by utilizing multiple channels.
The multi-wavelength system was designed to work with four wavelength-channels, which also allow measurements along the same line-of-sight with different channel configurations. These channels can be different in pulse shape, pulse length, and pulse repetition frequency. In this work, the resulting benefits of using multiple channels are shown with atmospheric measurements and scientific discussion of these is presented.:1. Introduction to the subject
2. Introduction to pulsed coherent Doppler lidar
3. Methodology: Multi-channel coherent Doppler lidar system
4. Erbium-doped fiber amplifier in a multi-channel lidar
5. Correlation properties of a multi-channel lidar system
6. Benefits of a multi-channel coherent Doppler lidar
7. Conclusions
A. Wind measurement examples
B. Range gate weighting function for different pulse shapes / Diese Arbeit befasst sich mit der Fernerkundungstechnologie zur Erfassung der Windgeschwindigkeit und den damit verbundenen Phänomenen. Die heterodyne Detektion der laserbasierten gepulsten Systeme ermöglicht eine sehr sensitive Messung von Partikelgeschwindigkeiten in der Atmosphäre. Sowohl die Theorie der heterodynen Detektion als auch die wesentlichen Eigenschaften und Grundsätze werden in dieser Arbeit diskutiert.
Ein neuartiges faserbasiertes kohärentes Doppler Mehrkanal-Lidarsystem wurde entwickelt, vorgestellt, charakterisiert und validiert. Dabei ist der faserbasierte Verstärker eine wesentliche Komponente in diesem System und wird somit in Bezug auf Nichtlinearitäten und Impulsverzerrungen besonders analysiert. Eine neuartige geregelte Impulsformung wurde entwickelt, um die Impulsenergie und die Impulsform unabhängig für jeden Kanal zu stabilisieren.
Jeder einzelne Kanal erzeugt ein unabhängiges Specklebild, welches durch Messungen am festen Ziel und durch atmosphärische Messungen präsentiert und mit theoretischen Berechnungen verglichen wird. Somit wird unter der Verwendung aller vier Kanäle des Systems die Geschwindigkeitsgenauigkeit erhöht, welches durch atmosphärische Messungen dargelegt wird. Zudem wird eine Korrelationstechnik vorgestellt, die das SNR bei höherer Rückstreuintensität weiter erhöht.
Das Mehr-Wellenlängensystem wurde für vier Kanäle ausgelegt, welches eine Beobachtung der Atmosphäre entlang der Sichtlinie unter sonst gleichen Bedingungen ermöglicht. Diese Kanäle können sich sowohl in der Impulsform, in der Impulslänge als auch in der Pulsfolgefrequenz unterscheiden. Diese Arbeit zeigt die wesentlichen Vorteile eines solchen Mehrkanal-Lidarsystems mit atmosphärischen Messungen und wissenschaftlichen Ausarbeitungen.:1. Introduction to the subject
2. Introduction to pulsed coherent Doppler lidar
3. Methodology: Multi-channel coherent Doppler lidar system
4. Erbium-doped fiber amplifier in a multi-channel lidar
5. Correlation properties of a multi-channel lidar system
6. Benefits of a multi-channel coherent Doppler lidar
7. Conclusions
A. Wind measurement examples
B. Range gate weighting function for different pulse shapes
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:75632 |
| Date | 06 October 2021 |
| Creators | Töws, Albert |
| Contributors | Gekat, Frank, Runge, Patrick, Chandra, Madhukar, Kurtz, Alfred, Technische Universität Chemnitz |
| Publisher | Universitätsverlag Chemnitz |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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