[发明专利]用于直接检测激光雷达的多元件法布里-珀罗标准具干涉仪

说明书

多个标准具一起用于提取散射介质(例如大气)的速度、密度和温度。光学空气数据传感器系统包括用于将激光输出至一定体积的空气中的结构和操作，以使所述激光由被扫描的一定体积的空气中的分子和气溶胶散射；经由收集光学组件接收散射的激光；将从输入光纤所接收的被散射的激光分成多个散射的光发射；准直多个散射的光发射中的每一个；将多个被准直的光发射输入到相应的多个法布里‑珀罗标准具中；以及将来自多个法布里‑珀罗标准具的多个被准直的光发射中的每一个成像到多个非成像检测器中所相应的一个上。

本专利申请要求于2016年2月26日提交的序列号为62/300,296的美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本申请。

I、本发明背景

A、本发明范围

本文描述的本发明使用多个标准具来提取散射介质的速度、密度和温度。

B、现有技术概况

激光雷达系统通常基于使用的检测方法分为两类。一种方法使用相干或外差检测，而第二种方法使用直接检测。在这种情况下，直接检测是感兴趣的。一些直接检测激光雷达系统测量散射介质的视线速度、密度和/或温度，散射介质通常是地球大气层。这些系统的子集采用法布里-珀罗干涉仪，其在信号链中使用标准具。

II、发明内容

之前已经使用多个标准具激光雷达系统来分别测量散射能量的气溶胶和分子组分。这些双标准具系统使用具有显着不同分辨率并因此具有自由光谱范围的标准具。这些系统需要两个非常灵敏、笨重、耗电且昂贵的相机来收集边缘图像，以及需要显著的计算能力以将来自标准具的边缘图案转换为速度信息。

如果使用多个被调谐的标准具使其自由光谱范围几乎相等，并且以略微不同的频率或波长为中心，则这些多个标准具系统不需要成像检测器，因此激光雷达不需要成像检测器和其相关的局限性。

密歇根航空航天公司MAC先前已获得分子光学空气数据系统(美国专利7,106,447)和CIP专利，称为光学空气数据系统(美国专利7,495,774、7,505,145、7,508,528、7,518,736和7,522,291)。这些专利使用法布里-珀罗标准具和成像检测器来产生光学空气数据包，其包括密度、温度、真实空气速度、垂直速度、侧滑和迎角。

III、附图说明

在附图中示出本发明，其中：

图1示出了大气参数提取，其中根据本发明，参考边缘以黑色显示；

图2示出了根据本发明的分子速度传感器的功能图；

图3示出了根据本发明的分子速度传感器的优选实施例；

图4示出了根据本发明的分子速度传感器的可替换的优选实施例；

图5示出了根据本发明的法布里-珀罗干涉仪输出的模拟；

图6示出了根据本发明的法布里-珀罗标准具的强度曲线；

图7示出了根据本发明改变激光线的F-P输出；

图8示出了根据本发明的F-P干涉仪的强度图案；

图9示出了根据本发明的沿中心行的强度曲线；

图10示出了根据本发明的相对于半径平方的强度曲线；

图11示出了根据本发明的相对于频移的强度曲线；

图12示出了根据本发明的通过边缘图案中心的强度曲线；

图13示出了根据本发明的多个标准具的谐振频率的变化；

图14示出了根据本发明的热变宽标准具的频率变化；