[發明專利]風速測量方法及裝置

有效

• 申請號: 202010429549.8
• 申請日: 2020-05-20
• 公開（公告）號: CN111551960B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 高飛;華燈鑫;汪麗;陳婷
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95;G01S7/48
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 張磊

1.一種風速測量方法，其特征在于，應用于激光雷達系統，所述激光雷達系統包括多縱模脈沖激光器、第一光束分離器、第一反射鏡、接收望遠鏡和干涉儀，所述第一光束分離器用于將激光發射器發射的激光光束分為參考光束和測量光束，所述第一反射鏡用于將所述測量光束反射至待測大氣中，所述接收望遠鏡用于接收光束，所述接收望遠鏡的輸出端與所述干涉儀的輸入端連接，所述干涉儀有四個輸出光束的通道，四個所述通道的相位差依次為π/2，所述方法包括：

控制所述激光發射器發射激光光束；

控制所述接收望遠鏡接收所述激光光束對應的參考光束；

獲取所述激光光束對應的參考光束在每個所述通道中的第一子光束的功率；

根據每個所述第一子光束的功率獲取所述激光光束的參考相位；

控制所述接收望遠鏡接收所述激光光束對應的回波光束，其中，所述回波光束為激光光束對應的測量光束經大氣彈性散射后，傳播至所述接收望遠鏡的光束；

獲取所述回波光束在每個所述通道的第二子光束的功率；

根據每個所述第二子光束的功率以及所述回波光束的功率獲取所述回波光束的測量相位；

根據所述參考相位、所述測量相位、所述干涉儀的光程差、所述激光光束的中心頻率以及光速獲得大氣的目標風速。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光雷達系統還包括分別設置在每個通道上的光電探測器件，所述光電探測器件用于檢測對應通道中光束的光線強度；所述獲取所述激光光束對應的參考光束在每個所述通道中的第一子光束的功率，包括：

獲取每個所述第一子光束經過所述光電探測器件轉換后的電信號；

根據所述電信號獲得所述第一子光束的光線強度，根據所述光線強度獲得所述第一子光束的功率。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述獲取所述回波光束在每個所述通道的第二子光束的功率，包括：

獲取每個所述第二子光束經過所述光電探測器件轉換后的電信號；

根據所述電信號獲得所述第二子光束的光線強度，根據所述光線強度獲得所述第二子光束的功率。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，根據每個所述第一子光束的功率獲取所述激光光束的參考相位的步驟包括：

獲取每個所述通道中第一子光束的譜線寬度；

針對每個通道，根據光速、干涉儀的光程差以及對應該通道的第一子光束的譜線寬度獲取該通道的第一干涉對比度，所述第一干涉對比度的計算公式為：

根據每個通道對應第一子光束的功率、每個通道的第一干涉對比度以及每個所述通道的靈敏度計算參考相位，參考相位根據以下公式計算獲得：

Q₁(r)＝q₁₁(r)+jq₁₂(r)

其中，i為通道的序號，i＝1，2，3，4；c為光速；m_1i為第一干涉對比度，即第i個通道相對參考光束的干涉對比度；r為激光與大氣中微粒的距離，當激光分光后直接進入接收望遠鏡時，r＝0；u_1i為第i個通道中第一子光束的譜線寬度，OPD為干涉儀的兩個光學臂的光程差；Q₁(r)為與參考光束對應的中間參數，q₁₁(r)為Q₁(r)的實部，q₁₂(r)為Q₁(r)的虛部，j為虛數，P_1i(r)為第i個通道的第一子光束的功率，Φ_s(r)為激光光束的參考相位，a_i表示第i個通道的靈敏度。