[發明專利]一種無盲區高距離分辨率激光雷達測風系統及方法

有效

• 申請號: 201811402979.X
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109541636B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 楊馥;劉政;李姝欣;程楚玉;鐘平;詹亞歌;姜萌
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;吳小麗

本發明提供了一種無盲區高距離分辨率激光雷達測風系統，激光器通過第一耦合器連接電光相位調制器和聲光移頻器；電光相位調制器、光纖放大器、環形器、望遠鏡依次連接；望遠鏡通過環形器連接第二耦合器；聲光移頻器、第二耦合器、平衡探測器、放大器、雙通道AD采集卡、計算機依次連接；正弦信號發生器連接聲光移頻器；任意波形發生器連接雙通道AD采集卡和電光相位調制器；外部觸發器連接任意波形發生器和雙通道AD采集卡。本發明還提供了無盲區高距離分辨率激光雷達測風方法。本發明聯合利用偽隨機碼相位調制技術和外差探測技術，系統工作在寬脈沖寬度、低峰值功率下，通過去除端面信號影響算法，可無盲區、高距離分辨率獲取剖面風速信息。

技術領域

本發明涉及激光雷達技術領域，特別涉及一種無盲區、高距離分辨率測風激光雷達系統及方法。

背景技術

激光測風雷達是新型的大氣遙感設備，也是唯一能實現三維大氣風場遙感觀測的有效工具，其工作原理是利用激光收發系統對空氣中的粒子散射回波信息進行采集，再通過分析計算這些測量數據，直接得到高分辨率、高精度的實時三維風場數據。

目前的激光測風雷達由于端面反射信號過大，從而淹沒了近場風速信息，因此存在風速測量盲區。另外，為得到較好的距離分辨率，目前的激光測風系統的脈沖寬度均較短，因此需要較高的峰值功率。這對系統實現提出了較高的要求，大大增加了系統的功耗，系統的成本增大。

發明內容

本發明要解決的技術問題是如何實現無盲區風速測量，同時減小系統所需的峰值功率。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是提供一種無盲區高距離分辨率激光雷達測風系統，其特征在于：包括激光器，激光器輸出端連接第一耦合器輸入端，第一耦合器輸出端連接電光相位調制器輸入端和聲光移頻器輸入端；

電光相位調制器輸出端與光纖放大器輸入端連接，光纖放大器輸出端連接環形器第一輸入端，環形器輸出端連接望遠鏡輸入端和第二耦合器第一輸入端；望遠鏡輸出端連接環形器第二輸入端；

聲光移頻器輸出端連接第二耦合器第二輸入端，第二耦合器輸出端連接平衡探測器輸入端，平衡探測器輸出端連接放大器輸入端，放大器輸出端連接雙通道AD采集卡輸入端，雙通道AD采集卡輸出端連接具有信號采集、處理、控制、計算和顯示功能的計算機；

正弦信號發生器輸出端連接聲光移頻器輸入端，用于提供驅動信號；任意波形發生器輸出端連接雙通道AD采集卡輸入端和電光相位調制器輸入端，用于提供偽隨機碼信號；外部觸發器輸出端連接任意波形發生器輸入端和雙通道AD采集卡輸入端，用于保證任意波形發生器和雙通道AD采集卡的時間同步。

優選地，所述激光器為1550nm單縱模光纖激光器。

優選地，所述電光相位調制器為鈮酸鋰電光相位調制器。

優選地，所述第一耦合器為1：99的光耦合器，其中1％的光進入聲光移頻器，用作本振光；99％的光進入電光相位調制器，最終通過望遠鏡發射。

優選地，所述望遠鏡是發射和接收共光軸的望遠鏡系統。

本發明還提供了一種無盲區高距離分辨率激光雷達測風方法，其特征在于：采用上述的無盲區高距離分辨率激光雷達測風系統，包括如下步驟：

步驟1：激光器輸出的激光經過第一耦合器后被分為兩部分：大部分激光依次經過電光相位調制器、光纖放大器、環形器，最后由望遠鏡發射；小部分激光經過聲光移頻器移頻后作為本振信號光；