[發明專利]雙模激光脈沖發射控制及回波信號處理系統

有效

• 申請號: 201610257662.6
• 申請日: 2016-04-24
• 公開（公告）號: CN105891844B
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 趙彬;羅雄;呂明愛;馮振中;馮力天;周杰;周鼎富
• 申請（專利權）人: 西南技術物理研究所
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95;G01S7/48;G01S7/484
• 代理公司: 成飛(集團)公司專利中心51121
• 代理人: 郭純武

技術領域

本發明屬于信號控制與處理領域，更具體地說本發明特別涉及一種脈沖光纖激光測風雷達的激光輸出參數控制與回波信號處理的系統。

背景技術

隨著激光技術的發展，激光雷達探測不再局限于硬目標測距領域，已開始向氣體濃度、云層厚度、溶膠濃度氣等方向擴展，用激光的氣溶膠粒子散射來測量大氣要素的研究越來越多。脈沖光纖激光測風雷達利用大氣中隨風漂移的微小顆粒對激光散射回波的多普勒頻移來進行大氣風場的測量，其最大探測距離依賴于發射激光的能量，在發射激光峰值功率一定的情況下，激光能量與激光脈沖寬度密切相關，脈沖寬度越長，能量越大，雷達最大探測距離越遠；脈沖寬度越短，能量越小，雷達最大探測距離越近。另一方面，雷達近距離盲區長度與激光脈沖寬度有關，較長的激光脈沖會引起雷達近距離探測盲區增大。為減小激光雷達探測盲區，可通過縮短激光脈沖寬度來實現；然而短脈寬激光能量較低，會引起激光雷達最大探測距離減小。所以，較遠的探測距離和較小的近距離探測盲區二者在傳統激光測風雷達中是不可兼得的。

脈沖光纖激光測風雷達以脈沖光纖激光器做發射源，當激光器平均功率、脈沖重復頻率一定時，脈寬減小，激光峰值功率升高，脈沖光纖激光器將產生非線性效應(受激布里淵(SBS)效應)，使得激光輸出脈沖波形畸變，引起激光雷達探測能力下降，同時SBS效應也會影響激光器使用壽命。為抑制非線性效應，在減小激光脈沖寬度的同時，需提高激光脈沖重復頻率，以避免非線性效應的產生。因此，為保證激光雷達最大探測距離的同時盡可能減小近距離探測盲區，可采用低重頻長脈寬、高重頻短脈寬兩種參數模式的激光脈沖相結合的方法進行處理。現有的脈沖光纖激光測風雷達為減小盲區，通常都采用短脈寬的發射激光脈沖工作，由于激光能量相對較低，因此最大探測距離通常較近；而采用長脈寬脈沖的激光測風雷達，其探測盲區都較大，無法進行近距離風場測量。綜上所述，目前的脈沖光纖激光測風雷達并無兼顧遠近風場探測距離的有效技術手段。

發明內容

本發明是對現有技術的進一步改進和發展，其目的是針對上述現有技術的不足之處，提供一種可控制激光測風雷達交替輸出兩種參數模式的激光，能保證脈沖光纖激光測風雷達最大探測距離，又能同時盡可能減小近距離探測盲區，并對兩種參數模式下激光脈沖對應回波信號進行處理的系統。

本發明的上述目的可以通過以下措施來達到，一種雙模激光脈沖發射控制及回波信號處理系統，包括：激光測風雷達系統中，通過光纖8，采用按順序串聯的1光纖激光器、聲光調制器2、脈沖光纖放大器3、光學天線4、光電探測器5和經射頻線纜9串聯的信息處理模塊6和經總線10串聯的中控計算機7，其特征在于：聲光調制器2通過射頻線纜9并聯信息處理模塊6，接收中控計算機7指令后，向聲光調制器2發出調制信號，聲光調制器2輸出與調制信號參數對應的種子激光脈沖，種子激光脈沖再輸入脈沖光纖放大器3進行功率放大輸出，光學天線4發射接收雙模激光脈沖及其回波信號通過光纖8耦合注入光電探測器5轉換為光電信號，并通過射頻線纜9將光電信號傳輸至信息處理模塊6對光電信號進行A/D采集、距離門劃分和距離門頻譜處理，將距離門頻譜數據處理結果傳入中控計算機7完成雙模式距離門頻譜數據組合，控制激光測風雷達交替輸出兩種參數模式的激光脈沖，同時對不同參數模式下激光回波信號進行處理，利用低重頻長脈寬檢測激光雷達最大探測距離和高重頻短脈寬檢測近距離探測盲區。

本發明有以下有益效果：

本發明基于脈沖光纖激光測風雷達，利用低重頻長脈寬保證激光雷達最大探測距離，利用高重頻短脈寬減少近距離探測盲區，可控制激光測風雷達交替輸出兩種參數模式的激光脈沖，由光學天線進行發射接收，回波信號經光電探測器接收，再由信息處理模塊對不同參數模式下激光回波信號進行處理，處理結果數據最后由中控計算機進行組合存儲，從而完成一次完整的徑向風探測。激光測風雷達采用本發明，可以突破較遠作用距離和較小近距離盲區二者之間的相互制約，從而在減小近距離探測盲區的同時，保證了不損失最大探測距離，而無需額外對激光器進行更換或設計改進。

附圖說明

為了進一步說明而不是限制本發明的上述實現方式，下面結合附圖對本發明做進一步說明，但并不因此將本發明限制在所述的實施范圍之中。所有這些構思應視為本技術所公開的內容和本發明的保護范圍。

圖1是本發明雙模激光脈沖發射控制與回波信號處理系統的原理框圖。

圖2是圖1的控制處理流程圖。