[发明专利]一种相干激光雷达和水流流速探测方法

权利要求书

1.一种相干激光雷达(100)，用于探测水流流速，其特征是，包括：

第一激光器(1)，其产生第一激光；

第一分束器(2)，其将第一激光分成两部分，其中一部分作为本振信号；

第二激光器(3)，其产生第二激光，所述第二激光为泵浦激光；

第二分束器(4)，其将第二激光分成两部分；

脉冲调制模块(5)，其将第一激光的另一部分进行脉冲调制，并生成与本振信号具有频差且达到发射要求的探测信号；

发射接收模块(6)，其发射探测信号并接收回波信号；

第一波分复用器(7)，其将本振信号与第二激光的一部分耦合成第一混频信号；

第二波分复用器(8)，其将回波信号与第二激光另一部分耦合成第二混频信号；

频率转换模块(9)，其对第一混频信号和第二混频信号进行频率下转换及滤波处理并相应地输出第一待测信号和第二待测信号；

3dB分束器(10)，其对第一待测信号和第二待测信号进行混频处理；

相干探测器(11)，其对混频后的第一待测信号和第二待测信号进行相干拍频并输出电信号；和

数据处理模块(12)，其将所述电信号转换成数字信号并进行处理得到水流流速。

2.如权利要求1所述的一种相干激光雷达(100)，其特征是，所述脉冲调制模块(5)包括：脉冲调制器(51)，其将连续的第一激光斩成脉冲激光；

声光频移器(52)，其对脉冲激光进行频移处理；和

放大器(53)，其对声光频移器(52)输出的信号进行放大形成所述的探测信号。

3.如权利要求1所述的一种相干激光雷达(100)，其特征是：

所述的发射接收模块(6)采用收发分离结构或收发同轴结构；

当采用收发分离结构时，所述发射接收模块(6)包括发射望远镜(61)和接收望远镜(62)；

所述发射望远镜(61)用于接收脉冲调制模块(5)发送的探测信号并发射；所述接收望远镜(62)用于接收回波信号并发送到第二波分复用器(8)；

当采用收发同轴结构时，所述发射接收模块(6)包括环形器(63)和收发望远镜(64)；

环形器(63)的第一通道用于接收脉冲调制模块(5)发送的探测信号，并发送至收发望远镜(64)；环形器(63)的第二通道用于接收收发望远镜(64)发送的回波信号，并发送至第二波分复用器(8)；所述收发望远镜(64)用于发射探测信号和接收回波信号。

4.如权利要求1所述的一种相干激光雷达(100)，其特征是，所述频率转换模块(9)包括：

非线性波导(91)，其用于对第一混频信号和第二混频信号进行频率下转换并相应输出第一换频信号和第二换频信号；

第一滤波器(92)，其用于对第一换频信号进行滤波处理并输出第一待测信号；和

第二滤波器(93)，其用于对第二换频信号进行滤波处理并输出第二待测信号。

5.如权利要求4所述的一种相干激光雷达(100)，其特征是，所述非线性波导(91)选用带温度调节装置的双通道周期极化铌酸锂波导。

6.如权利要求1所述的一种相干激光雷达(100)，其特征是，所述3dB分束器(10)设有两个输出端；所述相干探测器(11)为平衡探测器；所述3dB分束器(10)的两个输出端分别连接所述平衡探测器的两个输入端。

7.一种水流流速探测方法，其特征是，包括：

将第一激光的一部分作为本振信号与第二激光的一部分混频形成第一混频信号；

将第一激光另一部分进行脉冲调制并最后形成探测信号发射至水面；

接收水面回波信号并与第二激光的另一部分混频形成第二混频信号；

第一混频信号和第二混频信号经频率下转换和滤波得到第一待测信号和第二待测信号；

对第一待测信号和第二待测信号进行相干探测并转换成电信号；

基于所述电信号进行数据处理并获得水流流速；

其中，第一激光波长位于对水穿透能力强的波段；第二激光为泵浦激光；第一待测信号波长和第二待测信号波长位于易进行相干探测的波段。