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Communication Dans Un Congrès Année : 2023

Robust molecular wind lidar with Quadri Mach-Zehnder interferometer and UV fiber laser for calibration/validation and future generation of Aeolus

Lidar vent UV avec une architecture robuste comprenant un interféromètre Quadri Mach-Zehnder pour la calibration/validation et la future génération d'Aeolus

Résumé

Wind speed measurement with on-board system has many applications in aeronautics (Gust Load alleviation, Haps, etc.) and space (Weather forecast). The molecular wind lidar is developed for those purposes as it sent laser pulses into the atmosphere to determine, with a spectral analyzer, the wind speed from the Doppler shift induced by the molecules of the atmosphere. In this paper we present the lidar architecture developed at ONERA, that uses a Quadri Mach-Zehnder (QMZ) as a spectral analyzer and a UV fiber laser, designed for gust load alleviation application. We discuss about the advantages of such architecture for wind measurement from space. Simulations of the performances have been performed in the case of Calibration/Validation (Cal/Val) of Aeolus, showing standard deviation on wind speed measurement less than 2 m/s up to 17 km of altitude for the optimized hybrid fiber laser of 10 W laser average power and a pulse repetition frequency (PRF) of 5 kHz. Simulations that evaluates the performances for Aeolus measurement with minor changes in the lidar architecture have been computed, with results showing that requirements are fulfilled up to 22.5 km of altitude with the optimized hybrid fiber laser of 10 W and 3 kHz PRF.
La mesure de la vitesse du vent avec système embarqué a de nombreuses applications en aéronautique (atténuation des charges de rafales, Haps, etc.) et spatial (Prévisions météorologiques). Le lidar vent moléculaire est développé dans ce but car il envoie des impulsions laser dans l'atmosphère pour déterminer, avec un analyseur spectral, la vitesse du vent à partir du décalage Doppler induite par les molécules de l’atmosphère. Dans cet article nous présentons l'architecture lidar développée à l'ONERA, qui utilise un Quadri Mach-Zehnder (QMZ) comme analyseur spectral et un laser à fibre UV, conçu pour l'allègement des charges de rafales. Nous discutons des avantages d’une telle architecture pour la mesure du vent depuis l’espace. Des simulations des performances ont été réalisées dans le cas de Calibration/Validation (Cal/Val) d'Aeolus, montrant un écart type sur la mesure de la vitesse du vent inférieur à 2 m/s jusqu'à 17 km d'altitude pour l'optimisation laser à fibre hybride d'une puissance moyenne laser de 10 W et d'une fréquence de répétition d'impulsions de 5 kHz. Des simulations qui évaluent les performances de la mesure d'Aeolus avec des changements mineurs dans l'architecture lidar ont été réalisées, avec des résultats montrant que les exigences sont remplies jusqu'à 22,5 km d'altitude avec le laser à fibre hybride de 10 W et 3 kHz PRF.
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

hal-04395896 , version 1 (15-01-2024)

Identifiants

Citer

Thibault Boulant, Matthieu Valla, Jean-François Mariscal, Nicolas Rouanet, David Tomline Michel. Robust molecular wind lidar with Quadri Mach-Zehnder interferometer and UV fiber laser for calibration/validation and future generation of Aeolus. SPIE Remote Sensing, 2023, SPIE, Sep 2023, Amsterdam, Netherlands. pp.127300M, ⟨10.1117/12.2680187⟩. ⟨hal-04395896⟩
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