[發(fā)明專利]全光纖多普勒激光雷達風場探測系統(tǒng)及探測方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310740353.0
• 申請日: 2013-12-26
• 公開（公告）號: CN103713293A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發(fā)明（設計）人: 汪麗;華燈鑫;胡遼林
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95;G01S7/491
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 李娜

技術領域

本發(fā)明屬于風場探測系統(tǒng)技術領域，涉及一種全光纖多普勒激光雷達風場探測系統(tǒng)，還涉及利用這種系統(tǒng)進行探測的方法。?

背景技術

風場是重要的氣象參數(shù)和大氣動力學參數(shù)，與氣候變化及各種異常氣候現(xiàn)象的發(fā)生有密切的關系，高時空大尺度的精細風場探測技術的研究一直是激光雷達遙感的重要研究目標及前沿技術之一。?

激光雷達作為具有高時空分辨率及晴空探測風場的新技術手段，正受到世界各國的廣泛的關注與資金投入。美國NASA及歐空局ESA等國家相繼研發(fā)了地基、機載及星載激光雷達測風技術，我國的中科院安徽光機所及中國海洋大學等單位也開展卓有成效的研究，先后研制出不同波長的多普勒測風激光雷達系統(tǒng)，并用于初步的日常業(yè)務及科研觀測研究。星載測風激光雷達用于全球三維風場數(shù)據(jù)探測的研究，美歐等發(fā)達國家已經(jīng)開始前期的立項預研工作，也有各種空間發(fā)射計劃，如ESA正在計劃于2015年發(fā)射首顆用于全球風場探測的ALADIN/ADM-Aeolus計劃，日本與歐洲計劃在2015年聯(lián)合發(fā)射用于大氣氣溶膠、云等精細探測的高光譜分辨率星載激光雷達的ATLID/EarthCARE計劃，這些計劃將在今后幾年中投入實際發(fā)射運?行，必將對全球氣候變化及災害預警預報等產(chǎn)生深遠的影響。?

目前，激光雷達用于大氣風場探測的原理是基于大氣分子及懸浮顆粒物的多普勒頻移，通過對頻率相干檢測及直接鑒頻的方式實現(xiàn)多普勒頻移鑒頻，反演得到大氣風速。直接鑒頻測量多普勒頻移（非相干檢測）方法主要包括邊緣檢測技術和條紋成像技術。邊緣檢測常采用高分辨率的Fabry-Perot(F-P)標準具、Mach-Zehnder（M-Z）干涉儀、Michelson干涉儀、光柵等或者利用各種分子、原子濾波器，如碘濾波器，鈉、鉀、銀蒸汽濾波器等作為鑒頻器,將頻率信號的變化轉(zhuǎn)化為相對能量信號的變化來測定多普勒頻移，其測量靈敏度主要依賴于邊緣檢測濾波器的濾波特性；條紋圖像技術則是利用多通道探測器對干涉儀所成的條紋成像，當存在多普勒頻移時，條紋分布在各個通道上的能量發(fā)生變化，即條紋重心發(fā)生移動，通過測量條紋重心的相對移動可以反演風速。相對于F-P干涉儀鑒頻，M-Z干涉儀作為鑒頻器，具有透過率高、探測譜的范圍寬、能進行視場展寬而獲得大光通量，而且所成直條紋可以與探測器相互匹配等的優(yōu)點，用于多普勒測風激光雷達可以獲得較高的探測信噪比及大的風場探測范圍。然而傳統(tǒng)的機械結構式M-Z干涉儀往往具有體積大、光路調(diào)整復雜、結構不緊湊、易受環(huán)境干擾、系統(tǒng)穩(wěn)定性差等缺點，制約其應用及發(fā)展，特別是在機載和星載系統(tǒng)中的應用。?

近年來，隨著光纖傳感技術的飛速發(fā)展，基于光纖技術的光纖濾波器、光纖干涉儀等技術日趨成熟。日本三菱公司研發(fā)的小型機載1.5um-2.0um波長的全光纖相干測風激光雷達，利用光纖激光器及光?纖相干技術探測風場，研究已經(jīng)接近商業(yè)化，可為商用客機探測晴空大氣風場及湍流。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種全光纖多普勒激光雷達風場探測系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術存在的機構龐大，結構復雜，且探測結果不穩(wěn)定的問題。?

本發(fā)明的第二個目的是提供一種利用上述探測系統(tǒng)進行探測的方法。?

本發(fā)明的技術方案是，一種全光纖多普勒激光雷達風場探測系統(tǒng)，包括激光發(fā)射系統(tǒng)、光學接收系統(tǒng)、鑒頻及光學探測系統(tǒng)和信號處理系統(tǒng)，鑒頻及光學探測系統(tǒng)與信號處理系統(tǒng)連接，激光發(fā)射系統(tǒng)和光學接收系統(tǒng)通過多模/單模轉(zhuǎn)換器與鑒頻及光學探測系統(tǒng)連接；激光發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射激光進入大氣，光學接收系統(tǒng)接收大氣分子的后向散射光，并將其耦合入多模光纖，再經(jīng)過多模/單模轉(zhuǎn)換器進入鑒頻及光學探測系統(tǒng)處理后，送入信號處理系統(tǒng)，經(jīng)處理得到風速信息。?

本發(fā)明的特點還在于：?

激光發(fā)射系統(tǒng)前設有分束器、反射鏡和掃描鏡，激光通過分束器、反射鏡到達掃描鏡，通過掃描鏡折射進入大氣，光學接收系統(tǒng)通過掃描鏡接收大氣分子的后向散射光。?