[发明专利]一种多波束单光子探测激光雷达

说明书

本发明公开了一种多波束单光子探测激光雷达，包括种子光激光器、光纤隔离器、声光调制器、第一脉冲光纤放大器、多通道光纤分束器、脉冲光纤放大器、环行器、多波束收发望远镜、单光子探测器与多通道数字采集卡，所述种子光激光器的光源点通过光纤连接光纤隔离器的输入端，所述光纤隔离器的输出端通过光纤连接声光调制器的信号输入端；本发明采用大视场多线激光输出，可同时探测N个视场的目标距离、仰角、方位和风场；采用大视场角的激光多线输出，在保障探测距离的同时增大了探测视场角范围；搭配水平扫描装置，可以实现高速三维空间大气和目标探测；采用单台种子光激光器驱动N台激光放大器的方法，节省了多台种子光激光器的成本。

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，特别涉及一种多波束单光子探测激光雷达。

背景技术

激光雷达的基本原理是：出射激光脉冲与大气相互作用，采用光学天线收集大气后向散射信号后输入光学接收机，经光电转换、模数转换和数据处理后，得出一系列关键大气参数。诸如气溶胶浓度、PM2.5值、云高、温度、湿度、能见度、大气成分(如水汽、各种污染气体成分)等。

从探测方式上，1.5μm激光雷达分为直接探测激光雷达和相干探测激光雷达。直接探测测风激光雷达利用直接探测器如单光子探测器探测大气回波强度，获得大气参数信息。直接测风激光雷达会在探测器前加鉴频器，将激光频率的变化转化成能量的相对变化，从而提取风速信息。相干探测激光雷达通过大气回波信号与本振信号进行拍频，通过对拍频信号后的射频信号进行傅里叶变换后提取大气的多普勒功率谱信息。功率谱的中心频移可以反映风速信息，谱面积即大气回波信号强度。两者相比，直接探测雷达拥有高灵敏度、高距离分辨率的优势，而相干探测测风激光雷达除了风场探测能力，还可以探测得到其它回波信号信息，从而探测雨、降雪、云和风切变等大气参数。

在直接探测激光雷达方向，中国科学技术大学激光雷达团队研发了单光子探测激光雷达。该雷达不再依赖高功率激光器、大面积望远镜，提出高量子效率、全光纤集成的方案。目前，单光子探测激光雷达可以实现气象参数(风、温、湿、密度)探测，也可以实现环保参数(PM2.5\PM10、能见度、大气污染成分、染颗粒物偏振态)探测。在相干探测方向，中国科学技术大学发展了高时空分辨率、长探测距离的高性能大气探测相干激光雷达。通过对传统相干系统的升级和数据处理算法的改进，开发了偏振态、云、降水、风切变、湍流探测的能力，并实现了单台相干激光雷达多大气参数探测。

但目前商用激光雷达性能仍存在诸多不足，如视场角小、无法实现三维探测、无法目标探测等。针对高速变化的大气和高速目标探测，需求一种具有大视场探测能力的大气和目标同时探测的单光子探测激光雷达。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多波束单光子探测激光雷达，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多波束单光子探测激光雷达，包括种子光激光器、光纤隔离器、声光调制器、第一脉冲光纤放大器、多通道光纤分束器、脉冲光纤放大器、环行器、多波束收发望远镜、单光子探测器与多通道数字采集卡，所述种子光激光器的光源点通过光纤连接光纤隔离器的输入端，所述光纤隔离器的输出端通过光纤连接声光调制器的信号输入端，所述声光调制器的信号输出端通过光纤连接第一脉冲光纤放大器的信号输入端，所述第一脉冲光纤放大器的信号输出端通过光纤连接多通道光纤分束器的信号输入端口，所述多通道光纤分束器的输出端口通过光纤连接n个第二脉冲光纤放大器的输入端口，n个所述的第二脉冲光纤放大器的输出端口分别通过光纤连接n个环行器的第一端口，n个所述的环行器的第二端口通过光纤连接多波束收发望远镜，n个所述的环行器的第三端口通过光纤连接单光子探测器的输入端口，所述单光子探测器的输出端口电信号连接多通道数字采集卡。

所述多波束收发望远镜为形成扇形空测激光线阵。

所述声光调制器的调制结果为脉冲光。

所述种子光激光器输出的波长可为紫外光、可见光或红外光。