[发明专利]一种相干激光雷达和水流流速探测方法

说明书

本申请公开了一种相干激光雷达和水流流速探测方法，其提出了基于频率下转换的水流流速相干探测技术方案，即采用对水流具有穿透能力的可见光波段激光对各水层水流和湍流进行探测以得到回波信号，再将本振信号和回波信号分别与泵浦激光混频，并利用非线性波导进行频率下转换得到易于相干探测的近红外波段或红外波段的待测信号以进行相干拍频。本申请公开的技术方案可用于精细化探测各水层的水流流速以及垂直方向上湍流流速，进而还可提高系统的集成度，以利于搭载于各类平台上。

技术领域

本发明涉及激光雷达领域，具体涉及一种相干激光雷达和水流流速探测方法。

背景技术

海流又称洋流，是海水因热辐射、蒸发、降水、冷缩等而形成密度不同的水团，再加上风应力、地转偏向力、引潮力等作用而大规模相对稳定的流动，它是海水的普遍运动形式之一，各水层中的洋流运动的方向和速度是海洋学的重要参数。洋流的运动与海上安全、海洋工程、海洋战争等都密切相关。

传统的海表面流测量方法有现场观测、立体摄影以及雷达探测。现场观测在一定的时间内得到一片小区域的数据，无法全面反映所测海域的真实海况，并且现场设备很难维护。同时，立体摄影获取海流信息的方法受限于仪器的载体并且受到环境的限制，黑夜或者有雾、有云的情况下，这种方法无法实施，而且立体摄影的后续处理手续十分复杂。

利用微波雷达观测海洋信息能克服以上方法的不足，但其存在微波系统庞大，并且由于海面波导效应，微波信号从上往下传输过程中，很难穿过海气界面，从而难以提供垂直剖面的流速信息。

基于多普勒原理的测风相干激光雷达已用于大气风场的探测，使用相干测风激光雷达测量大气风拨时，通过本振信号与大气回波信号拍频，将激光雷达频率减低至兆赫兹的射频，从而大大减低了频率检测的难度。相干探测相比于直接探测(例如基于法布里-帕罗干涉仪的直接探测)，其不需要鉴频器，也就不需要将激光器的中心频率锁定在鉴频器的陡峭边缘，因此光路简单。

相干激光雷达为了提高相干效率，对待测信号要求苛刻。目前相干激光雷达的待测信号波长已经从刚开始的1064纳米发展到了目前相对成熟的1.5微米甚至2.0微米，即一般利用红外波段的激光进行相干探测。

而在探测海洋洋流或其他水流的流速时，由于水分子对红外激光的吸收和散射强，对可见光波段激光吸收相对较弱。因此，为探测各水层的洋流或水流的流速，通常选用对水穿透能力强的可见光波段，而不是红外激光。

但是短波长的可见光波段激光进行相干探测时，对面型精度要求高，空间光路容易受到周围温度、压强和湿度变化的影响，稳定性差，因此短波长的激光不利于相干探测。

这就造成现有技术中，至今没人提出通过相干探测法探测洋流或水流流速的构思。

发明内容

本发明的目的在于克服背景技术中存在的上述缺陷或问题，提供一种相干激光雷达和水流流速探测方法，其利用相干探测法探测水流流速。

为达成上述目的，采用如下技术方案：