[發(fā)明專利]準(zhǔn)雙多普勒激光雷達(dá)裝置及其測量方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010105617.1
• 申請日: 2010-01-31
• 公開（公告）號: CN101788668A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉智深;畢德倉;劉秉義;李志剛;王希濤;尹祺巍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國海洋大學(xué)
• 主分類號: G01S17/08
• 分類號: G01S17/08;G01S7/481;G01S7/486
• 代理公司: 青島海昊知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所有限公司 37201
• 代理人: 張中南

發(fā)明名稱

本發(fā)明具體涉及一種準(zhǔn)雙多普勒激光雷達(dá)測量裝置及其測量方法。

背景技術(shù)

多普勒激光雷達(dá)測風(fēng)技術(shù)是一種新興技術(shù)，相比多普勒微波雷達(dá)它有著測量精度高、 時空分辨率高的優(yōu)勢。已有的多普勒激光雷達(dá)主要包括中央控制與數(shù)據(jù)處理單元、激光 器、光學(xué)掃描裝置、望遠(yuǎn)鏡、多普勒頻率移動鑒別器以及信號采集與數(shù)據(jù)處理器，其中 重要且價格昂貴的是激光器、多普勒頻率移動鑒別器和信號采集與數(shù)據(jù)處理器。風(fēng)場是 具有三個獨(dú)立分量的矢量，目前應(yīng)用一部多普勒激光雷達(dá)測量大氣風(fēng)場必須基于同一平 面內(nèi)局部風(fēng)場均勻的假設(shè)條件。但這個風(fēng)場均勻性的約束條件不總是成立的，這將導(dǎo)致 測量出的風(fēng)場與實(shí)際的風(fēng)場不一致。故而出現(xiàn)了兩部乃至多部多普勒激光雷達(dá)聯(lián)合測量 風(fēng)場。首先每部多普勒激光雷達(dá)分別對同一區(qū)域測量，然后將同一點(diǎn)測量的速度矢量合 成為實(shí)際風(fēng)速。顯然，使用兩部或多部多普勒激光雷達(dá)測量風(fēng)場的不但成本高昂，也大 大限制其廣泛普及。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種準(zhǔn)雙多普勒激光雷達(dá)測量裝置及其測量方法，以彌補(bǔ)現(xiàn)有 技術(shù)的不足。

本發(fā)明是在已有的一部多普勒激光雷達(dá)的基礎(chǔ)上，專門設(shè)計(jì)一種光學(xué)收發(fā)裝置；光 學(xué)收發(fā)裝置協(xié)同多普勒激光雷達(dá)工作，在測量功能上實(shí)現(xiàn)兩部多普勒激光雷達(dá)測量目標(biāo) 區(qū)的風(fēng)場，達(dá)到測量精度高且成本低的目的。

本發(fā)明包括一部帶有光學(xué)掃描裝置的多普勒激光雷達(dá)，其特征在于它還包括受伺服 裝置控制的帶有轉(zhuǎn)鏡、水平轉(zhuǎn)鏡和垂直轉(zhuǎn)鏡的光學(xué)收發(fā)裝置；多普勒激光雷達(dá)和光學(xué)收 發(fā)裝置距離在1.5千米到3千米范圍內(nèi)。伺服裝置和多普勒激光雷達(dá)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸 指令和狀態(tài)信息；其光學(xué)收發(fā)裝置的轉(zhuǎn)鏡將先接收來自多普勒激光雷達(dá)的探測光束、并 反射到水平轉(zhuǎn)鏡后經(jīng)由垂直轉(zhuǎn)鏡的中心發(fā)射到目標(biāo)區(qū)，目標(biāo)區(qū)的散射光信號憑借收發(fā)裝 置的垂直轉(zhuǎn)鏡，水平轉(zhuǎn)鏡和轉(zhuǎn)鏡返回到多普勒激光雷達(dá)的光學(xué)掃描裝置上；目標(biāo)區(qū)的散 射光信號憑借收發(fā)裝置的垂直轉(zhuǎn)鏡，水平轉(zhuǎn)鏡和轉(zhuǎn)鏡返回到多普勒激光雷達(dá)的光學(xué)掃描 裝置上。

上述光學(xué)收發(fā)裝置包括殼體內(nèi)固定在傳動軸上并受俯仰電機(jī)嚙合帶動的轉(zhuǎn)鏡，該殼 體下部固定的齒輪座落在底座上并與底座滑動連接，該齒輪與固定在底座一側(cè)的方位電 機(jī)相嚙合而水平轉(zhuǎn)動；承載體底部固定有底座和伺服裝置，承載體頂部承載著水平轉(zhuǎn)動 殼體；固定在承載體一側(cè)的方位步進(jìn)電機(jī)嚙合帶動該殼體下方的圓環(huán)形方位齒輪，方位 齒輪底部和承載體滑動連接；水平轉(zhuǎn)動殼體左側(cè)的轉(zhuǎn)鏡座上固定有與水平面呈45度夾角 的水平轉(zhuǎn)鏡，該殼體右側(cè)底部的俯仰步進(jìn)電機(jī)和垂直轉(zhuǎn)動殼體內(nèi)左側(cè)的俯仰齒輪嚙合； 轉(zhuǎn)鏡中心，水平轉(zhuǎn)鏡中心以及方位齒輪中心在同一直線上；水平轉(zhuǎn)動殼體與垂直轉(zhuǎn)動殼 體以滑環(huán)滑動連接，垂直轉(zhuǎn)鏡固定在垂直轉(zhuǎn)動殼體右側(cè)內(nèi)的垂直轉(zhuǎn)鏡座上；垂直轉(zhuǎn)鏡與 該垂直轉(zhuǎn)鏡和水平轉(zhuǎn)鏡的中心連線呈45度夾角。

本發(fā)明的測量風(fēng)場的方法是：首先利用多普勒激光雷達(dá)上的光學(xué)掃描裝置發(fā)射探測 光束到目標(biāo)區(qū)并且獲取該目標(biāo)區(qū)各點(diǎn)的徑向風(fēng)矢量，然后多普勒激光雷達(dá)上的光學(xué)掃描 裝置將該探測光束傳給光學(xué)收發(fā)裝置；光學(xué)收發(fā)裝置將接收到的探測光束經(jīng)由水平轉(zhuǎn)鏡 與垂直轉(zhuǎn)鏡發(fā)送到目標(biāo)區(qū)域，并將目標(biāo)區(qū)散射的光學(xué)信號返回至多普勒激光雷達(dá)，以再 次獲取該目標(biāo)區(qū)各點(diǎn)徑向風(fēng)矢量；最后目標(biāo)區(qū)內(nèi)各點(diǎn)的風(fēng)速由兩次測量的徑向風(fēng)矢量按 照平行四邊形法則矢量合成得到。

本發(fā)明測量風(fēng)場利用了同一點(diǎn)的兩個不同方向的風(fēng)矢量來合成風(fēng)場，其測量結(jié)果比 單部雷達(dá)在假設(shè)風(fēng)場均勻之條件下測量出的結(jié)果更接近于實(shí)際情況；并且本發(fā)明的成本 顯著低于兩部多普勒激光雷達(dá)的測量裝置，測量方便，精度高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的光學(xué)收發(fā)裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1多普勒激光雷達(dá)，2光學(xué)掃描裝置，3光學(xué)收發(fā)裝置，4轉(zhuǎn)鏡，5傳動軸，6 水平轉(zhuǎn)鏡，7垂直轉(zhuǎn)鏡，8伺服裝置，9殼體，10齒輪，11底座，12方位電機(jī)，13俯仰 電機(jī)，14承載體，15方位步進(jìn)電機(jī)，16方位齒輪，17轉(zhuǎn)鏡座，18水平轉(zhuǎn)動殼體，19 俯仰步進(jìn)電機(jī)，20滑環(huán)，21俯仰齒輪22，垂直轉(zhuǎn)動殼體，23垂直轉(zhuǎn)鏡座，24目標(biāo)區(qū)。 實(shí)線箭頭表示激光探測光束的傳播方向，虛線箭頭表示目標(biāo)區(qū)散射光信號傳播方向。

具體實(shí)施方式