[发明专利]一种多普勒脉冲激光测风装置、方法及系统

说明书

本发明提供的一种多普勒脉冲激光测风装置、方法及系统，包括：脉冲激光器、光纤环形器、第一光分路器、法拉第旋转器、参考光路以及平衡探测器，其中，脉冲激光器用于输出长脉冲激光信号，长脉冲激光信号经过光纤环形器，由第一光分路器划分得到第一光信号和第二光信号；法拉第旋转器用于将第一光信号进行偏振态旋转，得到第三光信号；接收反射的第三光信号，进行偏振态旋转得到散射信号；参考光路用于将第二光信号进行延迟反射和偏振态旋转，得到参考信号；平衡探测器用于将散射信号和参考信号进行相干检测，输出得到差频信号，根据差频信号计算得到风速。方案为测风激光雷达地低成本大规模应用奠定了基础，可广泛应用于激光测风雷达技术领域。

技术领域

本发明涉及激光测风雷达技术领域，尤其是一种多普勒脉冲激光测风装置、方法及系统。

背景技术

测风激光雷达技术应用多普勒效应，通过测量反射激光束的频移来测量风速。一般是通过将空气悬浮物散射回来的微弱信号光与从光源引出的较强的本振参考光在光探测器上混合干涉，悬浮物移动造成的信号光多普勒频移可通过测量光探测器输出的拍频频谱来实现。

现有技术所采取的方法是使用脉冲激光光束，通过光学系统将光束准直投射出去，通过控制接收时间，选择测量距离。而现有技术方案的主要缺点在于脉冲光源不仅需要较高的峰值功率，还需要提供一个连续的参考信号，并保持其与脉冲输出偏振态一致。这需要在光源和其他所有光路使用昂贵的保偏光纤光路和器件，并需要脉冲调制器和较窄线宽的光源以保持相干性。

发明内容

有鉴于此，为至少部分解决上述技术问题之一，本发明实施例目的在于提供一种实现非保偏准直光路脉冲激光多普勒相干方式多距离测风的装置；同时本实施例还提供了装置对应的测风方法以及系统的实施例，采用偏振全折返补偿和光程异路补偿方案，用低成本的普通非保偏和宽线宽单一输出脉冲光源实现多距离多普勒测风。

第一方面，本申请的技术方案提供了一种多普勒脉冲激光测风装置，该装置包括脉冲激光器、光纤环形器、第一光分路器、法拉第旋转器、参考光路以及平衡探测器；

所述脉冲激光器用于输出长脉冲激光信号，所述长脉冲激光信号经过所述光纤环形器，由所述第一光分路器划分得到第一光信号和第二光信号；

所述法拉第旋转器用于将所述第一光信号进行偏振态旋转，得到第三光信号；接收反射的第三光信号，再进行偏振态旋转得到散射信号；

所述参考光路用于将所述第二光信号进行延迟反射和偏振态旋转，得到参考信号；

所述平衡探测器用于将所述散射信号和所述参考信号进行相干检测，输出得到差频信号，根据所述差频信号计算得到风速。

在本申请方案的一种可行的实施例中，所述多普勒脉冲激光测风装置还包括斜角无反射光纤头和光学发射接收天线镜头装置；

所述斜角无反射光纤头用于输出所述第一光信号和获取所述散射信号；

所述光学发射接收天线镜头装置用于输出所述第三光信号，并接收由空气悬浮物反射的第三光信号。

在本申请方案的一种可行的实施例中，所述多普勒脉冲激光测风装置还包括第二光分路器、第一光衰减器和触发探测器；

所述第二光分路器的输入端连接至所述第一光分路器，所述第二光分路器的输出端连接至所述第一光衰减器，所述第一光衰减器还连接至所述平衡探测器；

所述第二光分路器的输出端还连接至所述触发探测器。

在本申请方案的一种可行的实施例中，所述参考光路包括移频器、若干第三光分路器、若干第二可调光衰减器以及若干法拉第反射器；所述移频器的一端连接至所述第一光分路器，所述移频器的另一端连接至所述第三光分路器，所述第三光分路器连接至所述法拉第反射器。