[发明专利]全光纤光频率调制激光多普勒测速系统

权利要求书

1.一种全光纤光频率调制激光多普勒测速系统，其特征在于，包括：激光发射单元、收发隔离器、激光镜头、合束器、接收探测器以及计算单元，以上所有光学功能单元或器件均使用光纤相互连接；其中，

所述激光发射单元，用于将生成的激光进行频率调制后分成主光束和本振光，分别输出给所述收发隔离器和合束器；

所述收发隔离器，用于控制激光进入与输出的方式，即主光束经进入所述收发隔离器后由激光镜头输出，照射在目标物体上；目标物体反射的回波光束经所述激光镜头进入所述收发隔离器后输出给所述合束器；

所述激光镜头，用于将经过所述收发隔离器输出的激光照射在目标物体上，并且采集目标物体反射的回波光束，反向输入所述收发隔离器；

所述合束器，用于将接收到的本振光与回波光束进行合束混频后输出给所述接收探测器；

所述接收探测器，用于接收经合束器合束混频后的光束；

所述计算单元，用于对合束混频后的光束进行解析后最终得到被测目标的速度信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：λ/4波片、λ/2波片，其中，

λ/4波片设置于所述收发隔离器与所述激光镜头之间，用于将所述收发隔离器出来的主光束从线偏振光变为圆偏振光；以及，将所述激光镜头采集的回波光束从圆偏振光变为线偏振光后输入到所述收发隔离器；

λ/2波片设置于所述分束器与所述合束器之间，用于补偿回波光束两次经过λ/4波片造成的偏振方向改变和相位延迟。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激光发射单元具体包括：激光器、频率调制器、分束器，其中，

所述激光器，用于发出激光并通过光纤输出给所述频率调制器；

所述频率调制器，用于对接收到的激光的进行频率调制后输出给所述分束器；

所述分束器，用于将完成频率调制的激光分为两束，一束为主光束进入所述收发隔离器，一束为本振光进入所述合束器。

4.根据权利要求1到3中任意一项所述的系统，其特征在于，所述被测目标的速度信息包括被测目标的距离l和速度V，则所述计算单元具体用于根据如下公式计算得到被测目标的距离l和速度V：

设定对激光频率的周期性调制频率公式为

ν＝F(t)，其中，ν是对应时间t时刻的调制频率，调制周期频率为f；

则所述接收探测器接收到的本振光与回波光束的调制频率分别为ν₀＝F(t)，ν_s＝F(t-Δt)+Δν，其中ν₀表示本振光的调制频率，ν_s表示回波光束的调制频率，Δν为光波的多普勒移频，Δt为光波在传播过程中的延迟。

所述接收探测器接收到的调制频率ν_hs为

ν_hs＝ν_s-ν₀＝F(t-Δt)-F(t)+Δν，ν_hs的周期频率与激光调制函数F(t)的周期频率完全相等；

任选两个t时刻代入ν_hs＝F(t-Δt)-F(t)+Δν，组成一个二元方程组，从而求解得到激光延迟时间Δt和多普勒移频Δν；

进而根据如下公式计算被测目标的距离l和速度V：

其中，c为光速，λ为激光波长。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述激光器为光纤激光器或者半导体激光器。

6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述频率调制器独立于激光器之外或者将所述激光器与所述频率调制器合为一体。

7.根据权利要求1到3中任意一项所述的系统，其特征在于，所述频率调制后生成的波形根据需要为正弦波、三角波、方波或其他波形。

8.根据权利要求1到3中任意一项所述的系统，其特征在于，所述收发隔离器包含三个端口，分别为端口1、端口2和端口3，主光束经端口1进入收发隔离器，然后经端口3输出，照射在目标物体上；目标物体反射的回波光束经端口2进入收发隔离器，经端口3输出给所述合束器。