[发明专利]一种基于三轴激光的全光纤风速测量系统

说明书

本发明公开了一种基于三轴激光的全光纤风速测量系统，解算器和三个收发镜头之间通过光纤法兰盘接口进行连接。解算器提供激光光源、光信号传输与处理、光电转换、电信号处理、参数解算以及数据传输功能。三个收发镜头通过底座进行安装固定，底座的形式和夹角角度将根据不同试验要求进行设计。本发明的有益效果是能够高效准确的实现运动载体相对空气的三个径向速度矢量测量，进而解算出运动载体速度和运行偏转角度。

技术领域

本发明属于飞行器速度测量技术领域，涉及一种基于三轴激光的全光纤风速测量系统。

背景技术

全光纤测速系统基于光学米散射和多普勒频移原理，通过构建三个具有一定夹角的收发镜头，实现运动载体相对空气的三个径向速度矢量测量，进而解算出运动载体速度和运行偏转角度。全光纤测速系统将作为直升机大气数据系统的重要组成部分，经过工程化改造可应用于直升机、无人机、飞艇等中低速飞行器的相对速度测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于三轴激光的全光纤风速测量系统，本发明的有益效果是能够高效准确的实现运动载体相对空气的三个径向速度矢量测量，进而解算出运动载体速度和运行偏转角度。

本发明所采用的技术方案是由一台解算器和三个独立的收发镜头两部分组成，进行光信号处理和电信号处理；解算器和三个收发镜头之间通过光纤法兰盘接口进行连接。解算器提供激光光源、光信号传输与处理、光电转换、电信号处理、参数解算以及数据传输功能。整个解算器工作的电源由一个独立的电源组合供给，光学器件和光纤都采用保偏型以减小光信号损耗。收发镜头实现将来自解算器的激光信号发射聚焦于大气中，同时接收来自大气中的激光散射信号，通过光纤接口传输入解算器，以进行后续解算处理。三个收发镜头通过底座进行安装固定，底座的形式和夹角角度将根据不同试验要求进行设计。其中，电信号处理光信号处理过的光源，三个收发镜头分别通过环形器连接一乘三分光器，每个收发镜头分别通过环形器连接一个平衡探测器，一乘三分光器分别连接一乘二分光器、衰减器、光纤隔离器，光纤隔离器连接光纤光源，三个平衡探测器发出的光源送入电信号处理中的信号调理模块，信号调理模块连接AD转换模块，AD转换模块连接FPGA处理模块和DSP处理模块，DSP处理模块对转换成数字信号的光源信号进行处理计算，实现运动载体相对空气的三个径向速度矢量测量，进而解算出运动载体速度和运行偏转角度。

进一步，来自激光器的激光信号S0首先经过一个隔离器进行光信号隔离，防止后续光路中的反射光损坏激光器，将经过隔离器的激光信号分为一束信号光S1和一束本振光S2，将信号光S1和本振光S2分别分为三束信号光S11、S12、S13和三束本振光S21、S22、S23，三束信号光通过三个光纤环形器实现光信号传输方向的转换，实现镜头的收发一体，本振光由于其能量过大，因此要通过衰减器对其能量进行衰减，衰减后的本振光与镜头接收回来的散射信号光在光纤耦合器处进行混频，进而产生相干拍频，为了减小光信号在传输过程中的损失，整个系统中的传输光纤采用保偏光纤，所有光学器件也采用保偏型光学器件。

进一步，光电转换组件由三个平衡探测器组成电信号处理组合将来自光电转换组合的电信号进行调理、高速模拟信号采集、数据处理、解算出参数值并通过串口将数据向外发送，为来自光电转换组合的电压信号首先进行电压幅值调整和差分转换，三路经信号调理的模拟电信号通过高速A/D芯片转换为数字信号，由FPGA内部的M9K存储模块构建FIFO对数字量信号进行存储，并通过FPGA对采集的三组信号进行ZFFT变换，解算出频率值，将频率值通过数据线传输给DSP进行后续运算处理以及修正补偿等，最后解算出速度值后通过DSP的RS232驱动接口向外输出解算值，FPGA输出控制信号完成A/D芯片驱动控制。