) = (vL0S5-vL0S12)/2 (9)
[0070] 其中，在已知了大氣風(fēng)矢量在平臺(tái)行進(jìn)方向的速度后，在通過安裝在平臺(tái)上的風(fēng) 向計(jì)便可計(jì)算大氣風(fēng)矢量的大小。
[0071] 本發(fā)明實(shí)施例中，采用光纖式連續(xù)激光器作為光源，通過將激光光束聚焦在大氣 探測(cè)區(qū)域，利用激光聚焦處的氣溶膠后向散射信號(hào)與本振光相干拍頻的方式實(shí)現(xiàn)風(fēng)速探 測(cè)，其中接收端采用兩個(gè)具有固定指向的焦距可調(diào)光學(xué)收發(fā)裝置，通過調(diào)節(jié)光學(xué)接收望遠(yuǎn) 鏡的焦距可實(shí)現(xiàn)不同距離處的風(fēng)矢量探測(cè)。其中，焦距的選擇根據(jù)所應(yīng)用平臺(tái)對(duì)環(huán)境風(fēng)速 的影響而定，如在大型艦載平臺(tái)中，平臺(tái)自身行進(jìn)過程將影響平臺(tái)周圍的風(fēng)場(chǎng)，需將望遠(yuǎn)鏡 焦距調(diào)遠(yuǎn)，例如調(diào)至l〇〇m;而在小型平臺(tái)運(yùn)行時(shí)，平臺(tái)自身運(yùn)行對(duì)周圍風(fēng)場(chǎng)影響較小，可將 望遠(yuǎn)鏡焦距調(diào)近以提高探測(cè)的信噪比。
[0072] 本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于時(shí)分復(fù)用的非掃描連續(xù)光相干測(cè)速激光雷達(dá)具有 如下有益效果：
[0073] 1)本發(fā)明采用連續(xù)激光器，相比于采用脈沖式激光器的相干測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)， 本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)低成本、全光纖高度集成的相干測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)。其中連續(xù)光相干激光雷達(dá) 探測(cè)的距離為激光光束在大氣探測(cè)區(qū)域的聚焦位置（激光束腰），本發(fā)明可通過調(diào)節(jié)激光 的束腰位置實(shí)現(xiàn)不同距離點(diǎn)的風(fēng)速探測(cè)。
[0074] 2)本發(fā)明中采用連續(xù)激光器，在不設(shè)置聲光調(diào)制器（A0M)的情況下進(jìn)行風(fēng)速探 測(cè)。傳統(tǒng)的脈沖式相干激光雷達(dá)中，脈沖信號(hào)先經(jīng)A0M移頻后發(fā)射到大氣中，通過接收激 光與氣溶膠相互作用產(chǎn)生的后向散射信號(hào)同本振光拍頻實(shí)現(xiàn)風(fēng)速探測(cè)。使用脈沖激光器 的相干激光雷達(dá)中，激光脈沖的調(diào)制和中頻信號(hào)的產(chǎn)生由聲光調(diào)制器完成，中頻信號(hào)一般 在30MHz到300MHz之間，這剛好是廣播電臺(tái)、無線通信設(shè)備所使用的波段，該波段覆蓋范圍 廣、使用密集。因此，一方面，中頻信號(hào)使得相干激光雷達(dá)容易受電磁環(huán)境的干擾；另一方 面，激光雷達(dá)在正常工作時(shí)輻射的電磁信號(hào)對(duì)其它電子設(shè)備造成干擾。同樣的，基于聲光調(diào) 制器的連續(xù)光相干激光雷達(dá)也存在這個(gè)問題。本發(fā)明相比于A0M移頻的相干激光雷達(dá)而 言，不僅適用于復(fù)雜電磁環(huán)境，而且避免了激光雷達(dá)產(chǎn)生的電磁信號(hào)干擾其他電子設(shè)備。
[0075] 3)本發(fā)明采用兩個(gè)固定式光學(xué)收發(fā)裝置的結(jié)構(gòu)，通過探測(cè)大氣風(fēng)矢量在兩個(gè)激光 方向的投影測(cè)量大氣風(fēng)速的大小和方向信息。該發(fā)明相比于采用機(jī)械式掃描儀以探測(cè)大氣 風(fēng)矢量的相干激光雷達(dá)相比，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，避免了機(jī)械掃描儀和平臺(tái)自身振動(dòng)所引起的望 遠(yuǎn)鏡到光纖耦合效率的下降，避免了振動(dòng)導(dǎo)致激光強(qiáng)度起伏而引起的相對(duì)強(qiáng)度噪聲。
[0076] 4)本發(fā)明采用兩個(gè)固定式光學(xué)收發(fā)裝置的結(jié)構(gòu)，這兩個(gè)光學(xué)收發(fā)裝置的指向在同 一線上，并且與激光雷達(dá)所處平臺(tái)的進(jìn)行方向相同，但指向相反。通過這兩個(gè)激光徑向的風(fēng) 速探測(cè)可高精度反演平臺(tái)的行進(jìn)速度和大氣風(fēng)速在激光束方向的分速度，大氣風(fēng)矢量則通 過結(jié)合風(fēng)向儀獲得。
[0077] 5)本發(fā)明采用兩個(gè)固定式光學(xué)收發(fā)裝置的結(jié)構(gòu)，相比于采用機(jī)械式掃描儀結(jié)構(gòu) 的激光雷達(dá)而言，避免了激光雷達(dá)所處環(huán)境對(duì)機(jī)械式掃描儀的影響，如在風(fēng)力發(fā)電器、飛行 器、海面艦艇等平臺(tái)下，振動(dòng)、強(qiáng)風(fēng)情況將影響機(jī)械掃描儀的精度。
[0078] 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范 圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于時(shí)分復(fù)用的非掃描連續(xù)光相干測(cè)速激光雷達(dá)，其特征在于，包括：連續(xù)光 激光器（1)、光纖分束器（2)、光開關(guān)（3)、第一光纖環(huán)形器（4)、第一光學(xué)收發(fā)裝置（5)、第一 光纖耦合器（6)、第二光纖耦合器（7)、探測(cè)器（8)、采集卡（9)、數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)（10)、 第二光纖環(huán)形器（11)、第二光學(xué)收發(fā)裝置（12)與信號(hào)發(fā)生器（13);其中： 連續(xù)光激光器（1)的輸出端與光纖分束器（2)的輸入端連接，光纖分束器（2)輸出端 A與光開關(guān)（3)的輸入端連接，光開關(guān)（3)的控制信號(hào)輸入端與信號(hào)發(fā)生器（13)的控制信 號(hào)輸出端連接； 所述光開關(guān)（3)還具有兩個(gè)輸出端：其中輸出端B與第一光纖環(huán)形器（4)的A端口連 接，第一光纖環(huán)形器（4)的B端口與第一光學(xué)收發(fā)裝置（5)連接，由第一光學(xué)收發(fā)裝置（5) 接收連續(xù)激光與大氣相互作用產(chǎn)生的信號(hào)，第一光纖環(huán)形器（4)的C端口與第一光纖耦合 器（6)的A端口連接；其中的輸出端A與第二光纖環(huán)形器（11)的A端口連接，第二光纖環(huán) 形器（11)的B端口與第二光學(xué)收發(fā)裝置（12)連接，由第二光學(xué)收發(fā)裝置（12)接收連續(xù)激 光與大氣相互作用產(chǎn)生的信號(hào)，第二光纖環(huán)形器（11)的C端口與第一光纖親合器6的B端 口連接； 第一光纖親合器（6)的輸出端與第二光纖親合器（7)的B端連接，且光纖分束器（2) 的輸出端B與第二光纖耦合器（7)的A端口連接，第二光纖耦合器（7)的輸出端與探測(cè)器 (8)的輸入端連接，探測(cè)器⑶的輸出端與采集卡（9)的輸入端連接，采集卡（9)的輸出端 與數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)（10)的輸入端連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于時(shí)分復(fù)用的非掃描連續(xù)光相干測(cè)速激光雷達(dá)，其特 征在于， 當(dāng)所述光開關(guān)（3)根據(jù)信號(hào)發(fā)生器（13)的控制信號(hào)開啟輸出端B時(shí)，由第一光學(xué)收發(fā) 裝置（5)接收連續(xù)激光與大氣相互作用產(chǎn)生的信號(hào)以及光纖分束器（2)輸出的本振光在第 二光纖耦合器（7)進(jìn)行混頻； 當(dāng)所述光開關(guān)（3)根據(jù)信號(hào)發(fā)生器（13)的控制信號(hào)開啟輸出端A時(shí)，由第二光學(xué)收發(fā) 裝置（12)接收連續(xù)激光與大氣相互作用產(chǎn)生的信號(hào)以及光纖分束器（2)輸出的本振光在 第二光纖耦合器（7)進(jìn)行混頻。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于時(shí)分復(fù)用的非掃描連續(xù)光相干測(cè)速激光雷達(dá)， 其特征在于，所述光開關(guān)（3)包括： 基于馬赫一曾德干涉儀的光開關(guān)、基于偏振控制器與偏振分束器級(jí)聯(lián)的光開關(guān)與機(jī)械 透反式光開關(guān)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于時(shí)分復(fù)用的非掃描連續(xù)光相干測(cè)速激光雷達(dá)，其特 征在于， 所述第一光學(xué)收發(fā)裝置（5)與第二光學(xué)收發(fā)裝置（12)為焦距可調(diào)式望遠(yuǎn)鏡，通過調(diào)節(jié) 光學(xué)收發(fā)裝置的焦距可實(shí)現(xiàn)不同距離處的風(fēng)速探測(cè)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種基于時(shí)分復(fù)用的非掃描連續(xù)光相干測(cè)速激光雷達(dá)， 其特征在于， 當(dāng)?shù)谝还鈱W(xué)收發(fā)裝置（5)與第二光學(xué)收發(fā)裝置（12)的夾角2 0的范圍為0 < 2 0 < 時(shí)，用于測(cè)量大氣風(fēng)矢量； 當(dāng)夾角2 0 = ，且第一光學(xué)收發(fā)裝置（5)與第二光學(xué)收發(fā)裝置（12)的指向與激光雷 達(dá)所處平臺(tái)的行進(jìn)方向一致時(shí)，用于同時(shí)測(cè)量平臺(tái)的自身速度和大氣風(fēng)矢量在激光束方向 的分速度。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于時(shí)分復(fù)用的非掃描連續(xù)光相干測(cè)速激光雷達(dá)，其特 征在于， 所述連續(xù)光激光器（1)、光纖分束器（2)、光開關(guān)（3)、第一光纖環(huán)形器（4)、第一光纖耦 合器（6)與第二光纖耦合器（7)均采用保偏器件。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于時(shí)分復(fù)用的非掃描連續(xù)光相干測(cè)速激光雷達(dá)。該發(fā)明采用光纖式連續(xù)激光器作為光源，通過將激光光束聚焦在大氣探測(cè)區(qū)域，利用激光聚焦處的氣溶膠后向散射信號(hào)與本振光相干拍頻的方式實(shí)現(xiàn)風(fēng)速探測(cè)，其中接收端采用兩個(gè)具有固定指向的焦距可調(diào)的光學(xué)收發(fā)裝置，這兩個(gè)光學(xué)收發(fā)裝置通過時(shí)分復(fù)用技術(shù)交替工作，從而實(shí)現(xiàn)了非掃描風(fēng)矢量探測(cè)，同時(shí)，這兩個(gè)收發(fā)裝置的指向根據(jù)不同應(yīng)用可調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)大氣風(fēng)矢量測(cè)量，與激光雷達(dá)所處平臺(tái)自身速度的測(cè)量，具有探測(cè)精度高、造價(jià)低、結(jié)構(gòu)緊湊、抗電磁干擾、系統(tǒng)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G01S17/95
【公開號(hào)】CN105005054
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510528695
【發(fā)明人】夏海云, 上官明佳, 竇賢康, 王沖
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【公開日】2015年10月28日
【申請(qǐng)日】2015年8月24日