[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

说明书

本发明提供了一种无盲区高距离分辨率激光雷达测风系统，激光器通过第一耦合器连接电光相位调制器和声光移频器；电光相位调制器、光纤放大器、环形器、望远镜依次连接；望远镜通过环形器连接第二耦合器；声光移频器、第二耦合器、平衡探测器、放大器、双通道AD采集卡、计算机依次连接；正弦信号发生器连接声光移频器；任意波形发生器连接双通道AD采集卡和电光相位调制器；外部触发器连接任意波形发生器和双通道AD采集卡。本发明还提供了无盲区高距离分辨率激光雷达测风方法。本发明联合利用伪随机码相位调制技术和外差探测技术，系统工作在宽脉冲宽度、低峰值功率下，通过去除端面信号影响算法，可无盲区、高距离分辨率获取剖面风速信息。

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，特别涉及一种无盲区、高距离分辨率测风激光雷达系统及方法。

背景技术

激光测风雷达是新型的大气遥感设备，也是唯一能实现三维大气风场遥感观测的有效工具，其工作原理是利用激光收发系统对空气中的粒子散射回波信息进行采集，再通过分析计算这些测量数据，直接得到高分辨率、高精度的实时三维风场数据。

目前的激光测风雷达由于端面反射信号过大，从而淹没了近场风速信息，因此存在风速测量盲区。另外，为得到较好的距离分辨率，目前的激光测风系统的脉冲宽度均较短，因此需要较高的峰值功率。这对系统实现提出了较高的要求，大大增加了系统的功耗，系统的成本增大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何实现无盲区风速测量，同时减小系统所需的峰值功率。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种无盲区高距离分辨率激光雷达测风系统，其特征在于：包括激光器，激光器输出端连接第一耦合器输入端，第一耦合器输出端连接电光相位调制器输入端和声光移频器输入端；

电光相位调制器输出端与光纤放大器输入端连接，光纤放大器输出端连接环形器第一输入端，环形器输出端连接望远镜输入端和第二耦合器第一输入端；望远镜输出端连接环形器第二输入端；

声光移频器输出端连接第二耦合器第二输入端，第二耦合器输出端连接平衡探测器输入端，平衡探测器输出端连接放大器输入端，放大器输出端连接双通道AD采集卡输入端，双通道AD采集卡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；

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

优选地，所述激光器为1550nm单纵模光纤激光器。

优选地，所述电光相位调制器为铌酸锂电光相位调制器。

优选地，所述第一耦合器为1：99的光耦合器，其中1％的光进入声光移频器，用作本振光；99％的光进入电光相位调制器，最终通过望远镜发射。

优选地，所述望远镜是发射和接收共光轴的望远镜系统。

本发明还提供了一种无盲区高距离分辨率激光雷达测风方法，其特征在于：采用上述的无盲区高距离分辨率激光雷达测风系统，包括如下步骤：

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