[發明專利]一種中頻捷變的全光纖相干測風激光雷達系統

有效

• 申請號: 201510080765.5
• 申請日: 2015-02-12
• 公開（公告）號: CN104597455B
• 公開（公告）日: 2017-04-19
• 發明（設計）人: 夏海云;賈曉東;竇賢康;王沖;上官明佳;裘家偉
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司11260
• 代理人: 鄭立明,鄭哲

技術領域

本發明涉及全光纖相干測風激光雷達領域，尤其涉及一種中頻捷變的全光纖相干測風激光雷達系統。

背景技術

在區域大氣風速的遙感中，脈沖相干激光雷達具有高精度、高時空分辨率的特點，廣泛應用于測量大氣風廓線、風切變預警以及探測飛機尾流等，在天氣預報、風能發電、航空航天、軍事等領域有著重要的意義，全光纖脈沖相干測風激光雷達具有較好的應用前景，值得從理論、技術和實驗分析等方面深入研究。

相干激光雷達理論的研究開始于20世紀60年代，是在美國國家航空航天局(NASA)和美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)的支持下由J.A.L.Thomoson和其合作者建立。1968年，在NASA的資助下Al Jelalian等人在美國雷神公司(Raytheon Co.)研制出了世界上第一臺相干測風激光雷達——基于連續CO2激光器的相干測風激光雷達系統，該系統是通過改變焦點深度(depth of focus)獲得距離分辨率，探測的距離一般為幾百米。作為連續CO₂激光雷達的一個應用，1970年R.M.Huffaker等人報道了利用氣溶膠的后向散射信號測量機場跑道上空飛機的尾流。第一臺脈沖相干激光雷達同樣是由NASA的資助在美國雷神公司研制，脈沖能量為10mJ，重復頻率為200Hz，為商用航線提供晴空湍流(clear air turbulence)的探測。該激光雷達于1970年開始地面測試，1972年和1973年安裝在NASA Convair 990飛機上做飛行測試，開始了機載相干測風激光雷達的應用。從80年代開始，美國相干技術公司(Coherent Technologies,Inc.)先后研發了基于固體激光器的1.06μm相干測風激光雷達和基于Tm,Ho:YAG激光器的2.1μm相干測風激光雷達，分別用于測量大氣風場和探測風切變。隨著摻鉺光纖放大器(Erbium-Doped Fiber Amplifier,EDFA)及光纖技術的發展，以及在EDFA中使用大模場(Large-Mode Area,LMA)光纖以避免光纖中的受激布里淵散射(Stimulated Brillouin Scattering,SBS)等非線性效應，EDFA輸出的激光脈沖能量和平均功率逐步提高，工作于1.55μm的全光纖脈沖相干測風激光雷達受到學者的重視。其主要優點是：(1)工作波長是人眼安全的，1.55μm波段激光的最大允許曝光量是2.1μm波段的10倍，高出1.06μm波段5個數量級；(2)光通信器件已發展很成熟，可以直接應用，降低成本；(3)全光纖結構，易于組裝和集成，容易小型化、穩定化和商品化。日本Mitsubishi公司從2004年開始研發全光纖脈沖相干激光雷達的商用樣機，2005年研制出商用化的LR-05FC系列產品。法國Leosphere公司于2006年12月發布了用于氣象研究的WINDCUBE系列產品。

國內方面也有1.55μm全光纖脈沖相干測風激光雷達的報道。中國電子科技集團第二十七研究所研發了一套全光纖相干多普勒激光測風雷達設備，于2012年6月5日進行外場實驗。中國科學院上海光學精密機械研究所報道了用于邊界層的全光纖相干測風激光雷達，視向探測距離為3km，距離分辨率為75m，時間分辨率為2s，18000發激光脈沖累積時風速的測量精度為0.22m/s。

但是，現有的上述全光纖相干激光雷達中，激光脈沖的調制和中頻信號的產生是由一個聲光調制器或二個聲光調制器級聯完成，中頻信號是一個固定的數值，常用的有55MHz，80MHz和100MHz。在某些特殊的電磁環境下，一方面比如廣播電臺等蓄意干擾這些波段時，則可能造成激光雷達不能夠正常工作；另一方面，激光雷達正常工作時輻射的電磁信號對其它電子設備造成干擾時，就需要調節激光雷達的中頻信號，這在傳統的全光纖相干激光雷達中難以做到的。

發明內容

本發明的目的是提供一種中頻捷變的全光纖相干測風激光雷達系統，實現了中頻信號頻率的可捷變。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種中頻捷變的全光纖相干測風激光雷達系統，該系統包括：可調諧光纖激光器1、第一強度調制器2、第一光隔離器3、第二強度調制器4、第二光隔離器5、光纖激光功率放大器6、光纖環行器7、望遠鏡8、任意函數發生器9、第三強度調制器10、保偏光纖耦合/分束器11、平衡光電探測器12、A/D采集卡13與信號處理單元14；