[發明專利]一種多普勒激光雷達測風方法及裝置

有效

• 申請號: 201710496220.1
• 申請日: 2017-06-26
• 公開（公告）號: CN107390232B
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發明（設計）人: 周軍;錢勇;朱海龍;張恩惠;高炎錕;陳帥
• 申請（專利權）人: 南京牧鐳激光科技有限公司
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95;G01P5/26;G01P13/02
• 代理公司: 深圳市威世博知識產權代理事務所(普通合伙) 44280
• 代理人: 鐘子敏

本發明公開了一種多普勒激光雷達測風方法及裝置，所述方法包括利用光鎖相環反饋電路模塊將第一激光源和第二激光源在同步鎖相狀態下分別分束、功率放大后再相干合束；將合束后的激光束發射到大氣中并收集回波光信號；將收集到的回波光信號與本機振蕩光信號進行差拍探測；將探測到的頻譜數據進行風速反演分析。本發明通過調節第一、第二激光源之間的頻率差，來實現移頻作用，取代現有技術中的聲光移頻器件，為激光雷達系統提供更豐富的擴展方式和更靈活的頻譜數據分析選擇。

技術領域

本發明涉及激光雷達技術領域，尤其是一種多普勒激光雷達測風方法及裝置。

背景技術

多普勒測風激光雷達技術是一種高精度大氣風場信息遙測技術。激光雷達系統向探測空域發射高頻譜純度激光束，大氣中的氣溶膠顆粒與激光束發生彈性散射相互作用，后向散射回波光信號被雷達信號收發系統有效接收后，通過高靈敏度光學頻率外差探測技術，即可由測量到的多普勒頻譜信息精確反演得到風速、風向等風場信息。此技術目前已廣泛應用于清潔風電能源開發、氣象科學、民航機場空域風切變預警、風洞流體力學研究、空間大氣科學研究等領域。

現有一種多普勒測風激光雷達，其工作原理如圖1所示。種子激光源14(頻率f₀，10¹⁴赫茲量級)由分束器15分為兩束頻率相同的激光束，一束光功率較弱的激光提供外差探測所需的本機振蕩光信號，另一束激光經過頻移量為f_I(頻率f_I，10⁸赫茲量級)的移頻器16(比如聲光調制器)后，此時頻率為f₀+f_I，再經光放大器17提升發射激光束能量。激光束收發模塊18完成激光雷達光束的發射與回波光信號收集，收集到的回波光信號(頻率f₀+f_I+f_d，f_d＝2v/λ即多普勒頻移，其中v為徑向風速，λ為激光波長)與本機振蕩光信號通過光電平衡探測器19進行差拍探測(因為激光的絕對頻率f₀非常高，無法用光電探測器直接探測，但是回波光信號與本機振蕩光信號的頻差f_I+f_d大約10⁸赫茲量級，一般的寬帶光電探測器均可探測)，數據采集與分析模塊20對獲得的頻譜數據進行反演分析，即可獲得風場實時風速變化等信息。

影響多普勒測風激光雷達系統探測性能的一個非常重要的因素就是種子激光源的性能。一般要求種子激光源的頻譜線寬窄(一般<10kHz)、相位噪聲低、頻率穩定性好，目前市售的高性能種子激光源普遍價格昂貴、光功率較低，用作移頻器的聲光調制器件及射頻驅動器件也價格不菲，上述器件在整個激光雷達光源成本中占據相當大比例。而且聲光移頻器件一旦選型確定(即頻移量固定)，在后期頻譜數據處理時便無法改變，無法進行更細致靈活的頻譜數據分析。

發明內容

本發明要解決的主要技術問題是提供了一種多普勒激光雷達測風方法，可以在保證檢測性能的前提下，降低檢測的成本，并提供靈活的頻譜數據分析選擇。

本發明要解決的另一技術問題是提供了一種多普勒測風激光雷達，可以在保證檢測性能的前提下，大幅降低硬件成本，并提供靈活的頻譜數據分析選擇。

為解決上述主要技術問題，一種多普勒激光雷達測風方法，包括將第一激光源和第二激光源在同步鎖相狀態下分別分束、功率放大后再相干合束；將合束后的激光束發射到大氣中并收集回波光信號；將收集到的回波光信號與本機振蕩光信號進行差拍探測；將探測到的頻譜數據進行反演分析。