[发明专利]一种实现脉冲激光多普勒雷达信号相干累加的装置及方法

权利要求书

1.一种实现脉冲激光多普勒雷达信号相干累加的装置，其特征在于，包括：依次光纤连接的种子激光器(1)、第一分束器(2)、调制器模块(3)、光纤放大器模块(4)、环形器模块(5)和光学天线模块(6)；所述第一分束器(2)还与光强度调制器(7)、相位调制器模块(8)、耦合器模块(9)、平衡光电探测器模块(10)依次光纤连接；所述环形器模块(5)还与耦合器模块(9)光纤连接；

所述信号处理模块(11)与调制器模块(3)、光强度调制器(7)、相位调制器模块(8)、平衡探测器模块(10)电连接；

所述信号处理模块(11)所产生的调制信号、AD的时钟信号均由同一晶振经分频器后得到的；所述调制器模块(3)对应的调制信号脉冲宽度加上光强度调制器(7)对应的调制信号的脉冲宽度的和为脉冲调制周期。

2.根据权利要求1所述的一种实现脉冲激光多普勒雷达信号相干累加的装置，其特征在于，所述调制器模块(3)和光强度调制器(7)上加载的调制信号在电路输出时存在相对延时。

3.根据权利要求1所述的一种实现脉冲激光多普勒雷达信号相干累加的装置，其特征在于，所述的光强度调制器(7)选用电控光功率衰减器。

4.根据权利要求1所述的一种实现脉冲激光多普勒雷达信号相干累加的装置，其特征在于，调制器模块(3)包括至少一个调制器；所述调制器为声光调制器或电光调制器；所述电光调制器选用相位调制器，或者强度调制器；所述强度调制器选用马赫增德型或基于马赫增德型的级联、并联、正交或其他变形结构。

5.根据权利要求1所述的一种实现脉冲激光多普勒雷达信号相干累加的装置，其特征在于，所述相位调制器模块(8)包括至少一个调制器，选用电光晶体构成的电光调制器，或者能够产生相位或光程变化的调制器。

6.根据权利要求1所述的一种实现脉冲激光多普勒雷达信号相干累加的装置，其特征在于，所述环形器模块(5)包括一个环形器；所述光学天线模块(6)包括一个光学天线；所述耦合器模块(9)包括一个耦合器；所述平衡光电探测器模块(10)包括一个平衡光电探测器。

7.根据权利要求1所述的一种实现脉冲激光多普勒雷达信号相干累加的装置，其特征在于，所述相位调制器模块(8)连接于第一分束器(2)与光强度调制器(7)之间，或者连接于第一分束器(2)至环形器模块(5)至耦合器模块(9)所形成的光路上的任意两个相邻模块之间。

8.根据权利要求1所述的一种实现脉冲激光多普勒雷达信号相干累加的装置，其特征在于，所述装置还包括第二分束器(12)和第三分束器(13)；所述第一分束器(2)、调制器模块(3)之间设置有所述第二分束器(12)；所述光强度调制器(7)、相位调制器模块(8)之间设置有所述第三分束器(13)；

所述环形器模块(5)包括多个环形器、所述光学天线模块(6)包括多个光学天线、所述耦合器模块(9)包括多个耦合器、所述平衡光电探测器模块(10)包括多个平衡光电探测器；所述调制器模块(3)包括多个调制器；所述光纤放大器模块(4)包括多个光纤放大器；

第一分束器(2)与每个调制器之间连接有所述第二分束器(12)；多个调制器与多个光纤放大器(4)对应连接；多个光纤放大器(4)、多个环形器、多个光学天线依次一一对应连接；

多个环形器与多个耦合器、多个平衡光电探测器依次一一对应连接。

所述第三分束器(13)连接于光强度调制器(7)和相位调制器模块(8)之间时，所述装置包括多个相位调制器(8)；多个相位调制器(8)与多个耦合器(9)一一对应连接。

9.一种实现脉冲激光多普勒雷达信号相干累加的方法，采用上述权利要求1－8任意一项所述的一种实现脉冲激光多普勒雷达信号相干累加的装置，其特征在于，包括如下步骤：

种子激光器(1)发出的激光经过第一分束器(2)后产生本振光和信号光；本振光依次进入光强度调制器(7)、相位调制器模块(8)和耦合器模块(9)；信号光依次进入调制器模块(3)、光纤放大器模块(4)、环形器模块(5)，通过光学天线模块(6)发射到空气中；光学天线模块(6)同时接收大气气溶胶粒子散射回的回波信号光，回波信号光经环形器模块(5)进入耦合器模块(9)，与本振光外差干涉，由平衡探测器模块(10)探测外差干涉信号，产生中频电信号；

信号处理模块(11)采集探测到的中频电信号，AD量化后得到数字中频信号；

信号光在发射到空气中之前，会在环形器模块(5)的第二端口的光纤端面以及镜头端面产生幅值远大于大气散射回波信号的反射信号，称为端面反射信号；

根据端面反射中频信号，信号处理模块(11)计算相位调整量实时改变相位调制器模块(8)的相移，将不同回波中频信号的初始相位调整到固定值，满足脉冲相干累加条件。