[发明专利]一种无盲区高距离分辨率激光雷达测风系统及方法

权利要求书

1.一种无盲区高距离分辨率激光雷达测风方法，其特征在于：搭建无盲区高距离分辨率激光雷达测风系统，包括激光器(1)，激光器(1)输出端连接第一耦合器(2)输入端，第一耦合器(2)输出端连接电光相位调制器(3)输入端和声光移频器(8)输入端；

电光相位调制器(3)输出端与光纤放大器(4)输入端连接，光纤放大器(4)输出端连接环形器(5)第一输入端，环形器(5)输出端连接望远镜(6)输入端和第二耦合器(9)第一输入端；望远镜(6)输出端连接环形器(5)第二输入端；

声光移频器(8)输出端连接第二耦合器(9)第二输入端，第二耦合器(9)输出端连接平衡探测器(10)输入端，平衡探测器(10)输出端连接放大器(11)输入端，放大器(11)输出端连接双通道AD采集卡(12)输入端，双通道AD采集卡(12)输出端连接具有信号采集、处理、控制、计算和显示功能的计算机(13)；

正弦信号发生器(7)输出端连接声光移频器(8)输入端，用于提供驱动信号；任意波形发生器(15)输出端连接双通道AD采集卡(12)输入端和电光相位调制器(3)输入端，用于提供伪随机码信号；外部触发器(14)输出端连接任意波形发生器(15)输入端和双通道AD采集卡(12)输入端，用于保证任意波形发生器(15)和双通道AD采集卡(12)的时间同步；

所述激光器(1)为1550nm单纵模光纤激光器；

所述电光相位调制器(3)为铌酸锂电光相位调制器；

所述第一耦合器(2)为1：99的光耦合器，其中1％的光进入声光移频器(8)，用作本振光；99％的光进入电光相位调制器(3)，最终通过望远镜(6)发射；

所述望远镜(6)是发射和接收共光轴的望远镜系统；

方法包括如下步骤：

步骤1：激光器(1)输出的激光经过第一耦合器(2)后被分为两部分：大部分激光依次经过电光相位调制器(3)、光纤放大器(4)、环形器(5)，最后由望远镜(6)发射；小部分激光经过声光移频器(8)移频后作为本振信号光；

步骤2：望远镜(6)接收目标回波信号光，并将所述目标回波信号光通过环形器(5)送入第二耦合器(9)，所述本振信号光也送入第二耦合器(9)，第二耦合器(9)输出的相干光依次通过平衡探测器(10)、放大器(11)后，由双通道AD采集卡(12)收集，同时双通道AD采集卡(12)还采集电光相位调制器(3)的驱动信号并对其做不同的时间延迟；双通道AD采集卡(12)的输出信号进入计算机(13)，在计算机(13)中，经放大器(11)输出的相干信号首先与零延迟的电光相位调制器(3)的驱动信号相乘并经过快速傅里叶变换，得到信号频谱峰值f_aom，此峰值信号由端面反射信号贡献，信号处理中将f_aom及其±5％范围内的附近频域强制置零，然后进行傅里叶逆变换，得到去除端面影响的相干信号，此相干信号依次与不同延迟的电光相位调制器(3)的驱动信号相乘并经过快速傅里叶变换，得到不同延迟下的信号频谱；

步骤3：重复探测中，每次探测均使用不同的伪随机码进行调制，将每次过程中与同一延迟的电光调制器(3)的驱动信号相乘得到的傅里叶变换结果在计算机(13)中进行叠加；叠加后，傅里叶变换峰值最大处所对应的延迟时间t＝nT₀，其中，T₀为电光相位调制器(3)的驱动信号码元宽度，n为依次进行延迟的次数；此时，测风点距离L可表为：L＝cnT₀/2，其中c为光速；傅里叶变换峰值对应的频率为f′_m，则此时可以得到f′_m与声光移频器(8)的频移量f_m的频率差f_d＝f′_m-f_m，频率差f_d即为多普勒频移，剖面风速v与多普勒频移f_d之间的对应关系为λ为激光器的输出波长；计算机(13)综合上述计算的结果，得到在距离为L＝cnT₀/2的测风点处，在出射激光方向的风速度：若v0，说明风方向与探测出射激光方向相反；若v0，说明风方向与探测出射激光方向相同。