[发明专利]一种激光雷达

说明书

本发明提供了一种激光雷达，涉及探测雷达技术领域。该激光雷达包括激光器、光分路器、望远镜系统、信号转换及分路模块和偏振控制模块；光分路器将激光器生成的激光分成一路本振光和一路发射光；望远镜系统将发射光发射至探测目标并接收从探测目标返回的回波信号光；信号转换及分路模块基于本振光和回波信号光获得差频信号；偏振控制模块基于差频信号将本振光旋转至与回波信号光相同的偏振态。该激光雷达将本振光的偏振态调节至与回波信号光相同，提高雷达输出信号的信噪比。

技术领域

本发明涉及探测雷达技术领域，具体而言，涉及一种激光雷达。

背景技术

相干多普勒测风激光雷达具有信噪比高、探测灵敏度高、对背景太阳光不敏感等优点，能够在晴空下获得高空间分辨率、高时间分辨率及高精度的大气风速分布信息，在气象研究、机场风切变探测、大气湍流探测及跟踪、飓风追踪、飞机涡流探测、军事环境预报等有广泛的应用。

现有的相干多普勒测风激光雷达将连续激光分束为本振光以及发射到目标空间与大气中的气溶胶粒子发生散射的发射光，散射的回波信号由光学收发系统进行收集，收集的回波信号与本振光混频，混频信号经光电探测器后得到输出两束光带有多普勒频移的差频信号。此差频信号经信号处理系统，反演计算得到气溶胶粒子的径向运动速度，通过检测发射信号与回波信号的时间差可以确定目标距离，但是在相干探测激光雷达中，本振光和大气背向散射回波信号光经过不同光路(无论是整个系统是自由空间光学器件组成，或者是全光纤器件封闭熔接而成)，经历不同程度的偏振双折射效应(如光纤内温度、应力等引起的偏振双折射效应、大气中的气溶胶背向散射引起的退偏效应、激光散斑效应)，大气中气溶胶背向散射回波信号光在自由空间环境及光纤传输过程中，偏振方向受各种相关扰动因素发生退偏。进而导致上述信号混频后，进入光电探测器信号幅度发生随机波动，使信噪比恶化。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种激光雷达，以解决现有技术中相干激光雷达输出信号的信噪比低的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种激光雷达，所述激光雷达包括激光器、光分路器、望远镜系统、信号转换及分路模块和偏振控制模块。所述光分路器将所述激光器生成的激光分成一路本振光和一路发射光；所述望远镜系统将所述发射光发射至探测目标并接收从所述探测目标返回的回波信号光；所述信号转换及分路模块基于所述本振光和所述回波信号光获得差频信号；所述偏振控制模块基于所述差频信号将所述本振光旋转至与所述回波信号光相同的偏振态。

上述实施例将激光分成本振光和发射光，将发射光放射至探测目标处，接收探测目标反射回来的回波信号光，采用信号转换及分路模块获得本振光和回波信号光的差频信号，通过偏振控制模块基于该差频信号将本振光旋转至于回波信号光相同的偏振态，从而提高激光雷达输出的频谱信号的信噪比，从而提高雷达测量精度。

综合第一方面，所述信号转换及分路模块包括光耦合器和光电探测器。所述光耦合器将所述本振光和所述回波信号光进行混频；所述光电探测器将混频获得的光信号转换为电信号，并且将所述本振光和所述回波信号光的差频信号输出至所述偏振控制模块。

上述实施例将本振光和回波信号光混频后转换为电信号，以使偏振控制模块采用电子学控制方式对光信号完成实时反馈控制，提高了偏振态控制的即时性和精确度。

综合第一方面，所述偏振控制模块包括依次连接的微分误差处理电路、伺服反馈环路和偏振态旋转器件。所述微分误差处理电路对所述信号转换及分路模块传输来的所述差频信号进行微分误差处理，并将微分误差处理获得的误差信号传输至所述伺服反馈环路；所述伺服反馈环路基于所述误差信号与相对零点的偏差控制所述偏振态旋转器件对所述本振光的偏振态进行旋转。

上述实施例采用伺服反馈环路基于微分误差处理电路获得的误差信号控制偏振态旋转器件将本振光的偏振态旋转至与回波信号光相同，通过跟踪误差信号相对零点的偏差做到对本振光偏振态的实时调节，从而提高了激光雷达的适用性、响应速度和测量精确度。