[實用新型]可變焦高信噪比測風激光雷達系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202121104114.2
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN215297681U
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發(fā)明（設計）人: 趙衛(wèi);楊新鋒;朱香平;韋永林
• 申請（專利權(quán)）人: 松山湖材料實驗室
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95;G01S7/481;G01S7/483
• 代理公司: 深圳市千納專利代理有限公司 44218
• 代理人: 陳培瓊

本實用新型公開了一種可變焦高信噪比測風激光雷達系統(tǒng)，其包括光學天線，所述光學天線包括控制開關(guān)及多組變焦鏡頭，各組變焦鏡頭均朝向不同的方向。通過控制開關(guān)來控制探測激光在各組變焦鏡頭之間來回切換，有效提高探測激光出射角度改變的速度，進而提高風場探測的反應速度和實時性，而且可以通過調(diào)整變焦鏡頭的焦距，使得探測激光光強的空間分布發(fā)生改變。相比于傳統(tǒng)的準直擴束鏡頭，探測激光的焦點發(fā)生后移，這樣可以使得較遠探測距離的大氣回波信號更強，從而彌補由大氣衰減造成遠距離探測點處的激光光強和回波信號弱的缺點，有效提高測風激光雷達測探測距離和優(yōu)化回波信號的信噪比。另外整體結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，利于廣泛推廣使用。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及測風激光雷達系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可變焦高信噪比測風激光雷達系統(tǒng)。

背景技術(shù)

大氣風場探測是人類研究大氣動力學和氣候變化的一個重要手段，其在風電、軍事、環(huán)境，航空、氣象以及海洋等諸多領(lǐng)域有著非常重要的作用。在風力發(fā)電的過程中，需要探測風機所處環(huán)境下的風場信息以及風場的演變過程，并反饋給風機的控制系統(tǒng)，這樣可以提升風機的發(fā)電效率和降低風機損壞的幾率。在軍事應用領(lǐng)域，人員和裝備傘降以及火炮射擊等軍事活動的氣象保障都需要通過大氣風場探測來實現(xiàn)。在航空飛機的起降過程中，近地面的風場信息的探測可以保障飛行安全。在氣象預報中，由精準大氣風場信息，可以更加準確的預測未來天氣，尤其是對臺風天氣的預測。

目前，大氣探測的主要手段有風向標、超聲測風、微波測風雷達和測風激光雷達。其中，風向標和超聲測風裝置都只能測量探測器所在位置處的局部風場信息，常需要與測風塔配合使用，其整個系統(tǒng)的成本高，而且獲得的風場信息量少。微波測風雷達廣泛應用于軍事領(lǐng)域，其測風精準度受限于天氣情況，在晴天的情況下，微波測風雷達探測性能較差。然而，測風激光雷達其采用波長較短的紅外激光，通過探測大氣分子和氣溶膠的散射信號來實現(xiàn)風信號的探測，探測性能受天氣影響小，并且具有很高的時間和空間分辨率。

目前，應用最為廣泛的測風激光雷達是基于多普勒相干探測原理的測風激光雷達。測風激光雷達利用單頻激光本振光信號與大氣氣溶膠對脈沖激光后向散射信號做外差探測，通過檢測多普勒差頻信息計算視線風速，進一步反演得到風場信息，通過計算脈沖激光的收發(fā)時間延遲來獲得探測點所在位置，其具有較高的時間和空間的分辨率。由于脈沖激光雷達的單脈沖能量較大，其適合遠距離的風場探測，一般的探測范圍在60m至8000m。然而，對于遠距離的探測都需要較高輸出功率的脈沖光纖激光器作為光源，這樣大大提升了雷達系統(tǒng)的制造成本。測風激光雷達一般采用收發(fā)一體的光學系統(tǒng)，將光纖激光器輸出端面的激光進行準直和擴束，最終以平行光出射到大氣中。測風激光雷達的探測過程中，隨著探測距離門的增大，信號的強度逐漸衰減。尤其當大氣中的粉塵和氣溶膠溶度較大時，信號的強度衰減率也加大，使得測風激光雷達的探測信噪比減小。這樣容易造成其測風性能失效，有效探測距離縮短。

公開號“CN210487989U”，名稱為“一種測風激光雷達系統(tǒng)”的實用新型公開了一種測風激光雷達系統(tǒng)，其的收發(fā)光學系統(tǒng)由望遠鏡和楔形棱鏡構(gòu)成，通過該光學系統(tǒng)來實現(xiàn)對激光束的擴大和準直并向待測空氣中出射。利用該技術(shù)來探測不同距離的風場信息，由于探測激光束為平行光束，因此隨著探測距離門的增大，信號的強度逐漸衰減，探測信噪比逐漸減小，有效探測距離較短。另外，為了改變探測激光的出射方向，該技術(shù)通過機械電機轉(zhuǎn)動的掃描方式來實現(xiàn)，其反應速度有限，風場探測的實時性會受到限制，同時該掃描方式會給伺服組件帶來磨損，使得雷達壽命縮短。

實用新型內(nèi)容

針對上述不足，本實用新型的目的在于，提供一種探測精度高，探測距離遠，研制成本低的可變焦高信噪比測風激光雷達系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所提供的技術(shù)方案是：

一種可變焦高信噪比測風激光雷達系統(tǒng)，其包括光學天線，所述光學天線包括控制開關(guān)及多組分別與該控制開關(guān)相連接并受其控制的變焦鏡頭，各組變焦鏡頭均朝向不同的方向。即各組變焦鏡頭的探測激光出射角度不同。