[發明專利]連續波鈉測溫測風激光雷達距離分辨實現方法

有效

• 申請號: 201810986186.0
• 申請日: 2018-08-27
• 公開（公告）號: CN109143264B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 李豐;方欣;李陶
• 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

1.一種連續波鈉測溫測風激光雷達距離分辨實現方法，其特征在于，包括：

利用電光調制器改變連續激光光強，實現連續激光光源發射的連續激光偽隨機M序列編碼，再通過采集和處理計算機對連續接收信號編碼并用偽隨機M序列反碼解碼，實現連續波鈉測溫測風雷達的距離分辨；

其中，所述連續波鈉測溫測風激光雷達包括：數字延遲發生器、編碼發生器、高頻電源、電光調制器、連續激光光源、激光發射裝置、激光接收裝置、光電轉換裝置、光子計數器和采集卡、以及采集和處理計算機；其中：

利用數字延遲發生器，根據采集和處理計算機的控制，使用內部觸發功能輸出觸發信號，經過一定延遲后通過不同的通道傳輸到編碼發生器以及光子計數器和采集卡中；所述編碼發生器接收觸發信號后，根據可編程芯片內預先設定的偽隨機M序列01編碼和周期時間產生一定次數周期重復循環的偽隨機M序列TTL電壓信號，用于高頻電源的觸發；高頻電源根據TTL電壓信號控制電光調制器中的晶體所加的電壓，對連續激光光源的出射激光進行偽隨機M序列的編碼，得到光強調制的連續激光；光強調制的連續激光經過激光發射裝置發射到大氣及探測目標中；

大氣及探測目標的近地面米散射、瑞利散射和高空探測目標鈉熒光的回波信號被激光接收裝置接收后導入光電轉換裝置；由光電轉換裝置將接收的光信號轉換成光子計數器和采集卡能夠識別的電壓信號；由光子計數器和采集卡，計數每個距離門時間內電壓脈沖信號累計計數，當接收到觸發信號后開始連續采集，直到預先設定的多個編碼周期時長后結束，結束后將記錄的光子脈沖傳輸到采集和處理計算機中；由采集和處理計算機，將與偽隨機M序列順序對應的鈉測溫測風雷達鈉熒光回波信號及偽隨機M序列反碼一一對應，利用反演公式進行計算，最終得到對應各個高度的回波信號信息，從而實現了信號的距離分辨。

2.根據權利要求1所述的一種連續波鈉測溫測風激光雷達距離分辨實現方法，其特征在于，偽隨機M序列滿足如下公式：

其中，N為偽隨機M序列的編碼總長度；k為序列錯位相乘時相隔的長度，取值范圍為0～N-1；a、a′分別為偽隨機M序列、偽隨機M序列反碼，其下標表示編碼序號。

3.根據權利要求1所述的一種連續波鈉測溫測風激光雷達距離分辨實現方法，其特征在于，

將預設的偽隨機M序列的01編碼的階梯式電壓信號記錄到可編程芯片中，制作成編碼發生器；當編碼發生器接收到來自數字延遲發生器的觸發信號后，產生多個重復01編碼的階梯狀TTL電壓信號傳輸到高頻電源。

4.根據權利要求3所述的一種連續波鈉測溫測風激光雷達距離分辨實現方法，其特征在于，

調制時利用電光調制器的開關門，當偽隨機編碼為1時，電光門打卡，連續激光光源的激光功率為正常工作時的功率；當偽隨機編碼為0時，電光門關閉，激光功率接近為零。

5.根據權利要求1所述的一種連續波鈉測溫測風激光雷達距離分辨實現方法，其特征在于，距離分辨的反演公式如下：

其中，下標n取值范圍為0～N-1，N為偽隨機M序列的編碼總長度；S_i為第i個編碼時間內接收的回波信號；R_n為距離分辨的反演結果；N為偽隨機M序列的編碼總長度；a、a′分別為偽隨機M序列、偽隨機M序列反碼，其下標表示編碼序號；T為編碼總周期的時長，P為連續激光光源的發射功率，G_j為在高度為h_j＝j·c·T/2N處對于功率為P的發射激光的回波信號，c為光速，BG為背景噪聲，當且僅當j＝n時，有a_i-j·a′_i-n＝(N-1)/2。