[發明專利]一種激光測風雷達光學模組及其測量方法

有效

• 申請號: 202210631898.7
• 申請日: 2022-06-07
• 公開（公告）號: CN114706099B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 鄔志強;譚向軍;張亞筠;吳梅;龍彥志;趙鑫;劉興濤;李明興
• 申請（專利權）人: 成都凱天電子股份有限公司
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95;G01S7/481;G01P5/26
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 李林合

1.一種激光測風雷達光學模組，其特征在于，包括固定殼體（1），所述固定殼體（1）上安裝有若干用于低空大氣風場探測的第一光學鏡頭（2）和若干用于高空大氣風場探測的第二光學鏡頭（3），若干所述第一光學鏡頭（2）和若干第二光學鏡頭（3）均在固定殼體（1）的周向上均勻分布，且第一光學鏡頭（2）與第二光學鏡頭（3）呈交錯布置；

所述第一光學鏡頭（2）和第二光學鏡頭（3）均包括光纖（4）、光纖耦合頭（5）和光學耦合鏡（6），所述光纖（4）的發射光束依次通過光纖（4）、光纖耦合頭（5）和光學耦合鏡（6）后發射至目標區域，所述目標區域返回的光束通過光學耦合鏡（6）聚焦耦合后返回光纖（4）；

若干所述第一光學鏡頭（2）和若干第二光學鏡頭（3）均向固定殼體（1）的中部傾斜設置，且若干第一光學鏡頭（2）和若干第二光學鏡頭（3）的光軸交匯于同一點；

所述光纖耦合頭（5）包括第一端頭（7）和第二端頭（8），所述光纖（4）的端面安裝在第一端頭（7）上，所述光學耦合鏡（6）的端面安裝在第二端頭（8）上，所述第一端頭（7）與第二端頭（8）通過若干螺釘（9）對接固定；

所述第一端頭（7）與第二端頭（8）之間設置有調節墊片（10），若干所述螺釘（9）至少包括在光纖（4）周向上均勻分布的四個螺釘（9）。

2.根據權利要求1所述的激光測風雷達光學模組，其特征在于，若干所述第一光學鏡頭（2）和若干第二光學鏡頭（3）分別至少包括三個第一光學鏡頭（2）和三個第二光學鏡頭（3），三個所述第一光學鏡頭（2）之間、三個第二光學鏡頭（3）之間均呈60度夾角布置。

3.根據權利要求1所述的激光測風雷達光學模組，其特征在于，所述光纖（4）為保偏光纖，所述光學耦合鏡（6）包括若干層結構不同的耦合透鏡，所述第二光學鏡頭（3）中的兩個耦合透鏡之間設置有窄帶濾光片（11）。

4.根據權利要求3所述的激光測風雷達光學模組，其特征在于，所述第一光學鏡頭（2）中的若干層耦合透鏡上均設置有低空探測對應工作譜段的增透膜，所述第二光學鏡頭（3）中的若干層耦合透鏡上均設置有高空探測對應工作譜段的增透膜。

5.一種權利要求1-4任一項所述的激光測風雷達光學模組的測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：調整調節墊片（10）的厚度以及端面的傾斜角度，使光纖耦合頭（5）對散射激光的耦合效率最優；

S2：獲取當前高度，當在低空范圍運行時，進入步驟S3，當在高空范圍運行時，進入步驟S7；

S3：產生紅外譜段激光并依次通過三個第一光學鏡頭（2）的光纖（4）、光纖耦合頭（5）和光學耦合鏡（6）將紅外譜段激光發射到大氣探測目標區域；

S4：三個第一光學鏡頭（2）發出的紅外譜段激光匯聚于O點，O點處的激光與大氣氣溶膠相互作用產生向后的散射激光，采用三個第一光學鏡頭（2）接收散射激光，并將散射激光返回至第一光學鏡頭（2）的光纖（4）內；

S5：將光纖（4）內的散射激光導入相干探測系統，反演出每個第一光學鏡頭（2）的徑向大氣風速；

S6：通過三個第一光學鏡頭（2）對應的三個徑向大氣風速反演出低空三維矢量大氣風速；

S7：產生紫外譜段激光并依次通過三個第二光學鏡頭（3）的光纖（4）、光纖耦合頭（5）和光學耦合鏡（6）將紫外譜段激光發射到大氣探測目標區域；

S8：三個第二光學鏡頭（3）發出的紫外譜段激光匯聚于O點，O點處的激光與大氣分子相互作用產生向后的散射激光，采用三個第二光學鏡頭（3）接收散射激光，并將散射激光返回至第二光學鏡頭（3）的光纖（4）內；

S9：將光纖（4）內的散射激光導入直接探測系統，反演出每個第二光學鏡頭（3）的徑向大氣風速；

S10：通過三個第二光學鏡頭（3）對應的三個徑向大氣風速反演出高空三維矢量大氣風速。