[发明专利]用于测量不同高度风场的机舱式激光测风雷达

权利要求书

1.一种机舱式激光测风雷达，其特征在于，包括：窄线宽种子光源模块、雷达收发光学天线模块和信号接收模块；

所述窄线宽种子光源模块包括：输出线偏振连续激光的窄线宽种子光源、其输入端与所述窄线宽种子光源的输出端连接的光纤放大器，其输入端与所述光纤放大器的输出端连接的光纤环形器，以及，其输入端与所述光纤环形器的第一输出端连接的光开关；

所述雷达收发光学天线模块与所述光开关的输出端连接；

所述窄线宽种子光源输出的线偏振连续激光经所述光纤放大器、光纤环形器进入所述光开关，所述光开关将进入其内部的线偏振连续激光切换到任意输出端口输出，并通过与该输出端口对应连接的光学天线发射出去；

所述雷达收发光学天线模块包括偶数根光学天线，偶数根所述光学天线与所述光开关的多个输出端口连接；每两根光学天线为一组，每组光学天线射出的两道测量光束以相对于水平方向成一固定的夹角的方式射出，各组光学天线射出的测量光束形成的聚焦位置到所述雷达收发光学天线模块彼此相同，但各聚焦位置到地面的垂直高度不相同；

所述信号接收模块与所述光纤环形器的第二输出端连接，从所述光纤环形器接收合束后的本振光和多普勒频移回波信号以用于信号处理模块计算聚焦位置处的风速和风向信息。

2.根据权利要求1所述的机舱式激光测风雷达，其特征在于，所述窄线宽种子光源输出1.5μm波长的线偏振连续激光，光谱线宽小于200kHz，偏振态为线偏振，单模保偏光纤输出，输出光功率为1—100mW。

3.根据权利要求1所述的机舱式激光测风雷达，其特征在于，所述窄线宽种子光源是单频窄线宽半导体激光器，或DBR/DFB光纤激光器，或带尾纤输出的固体激光器。

4.根据权利要求1所述的机舱式激光测风雷达，其特征在于，所述光纤放大器为单模光纤放大器、双包层光纤放大器或两者组合构成的多级光纤放大器。

5.根据权利要求1所述的机舱式激光测风雷达，其特征在于，所述光纤环形器为三端口光纤，所述光开关的输入端与所述光纤环形器的用作所述第一端口的光纤采用熔接的方式进行连接；和/或，

所述光开关的输出光束平均功率大于400mW。

6.根据权利要求1所述的机舱式激光测风雷达，其特征在于，所述信号接收模块包括其输入端与所述光纤环形器的第二输出端口连接的探测器，

所述机舱式激光测风雷达还包括与所述探测器连接的信号处理模块，以及与所述信号处理模块连接的嵌入式计算机；

所述探测器接收合束后的本振光和多普勒频移回波信号，并输出电外差信号至所述信号处理模块；所述信号处理模块对接收到的电外差信号进行处理，得到多普勒频率；所述嵌入式计算机根据得到的多普勒频率计算聚焦位置处的风速和风向信息。

7.根据权利要求1所述的机舱式激光测风雷达，其特征在于，所述探测器为带光纤FC法兰的雪崩光电探测器。

8.根据权利要求7所述的机舱式激光测风雷达，其特征在于，所述信号处理模块包括去噪单元、对数信号放大器和多普勒频率计算单元；所述去噪单元用于去除所述电外差信号中的随机噪声；所述对数信号放大器用于对去噪后的电外差信号进行放大；所述多普勒频率计算单元通过多次采集放大后的电外差信号，并根据采集的电外差信号计算多普勒频率。