[发明专利]准双多普勒激光雷达装置及其测量方法

说明书

发明名称

本发明具体涉及一种准双多普勒激光雷达测量装置及其测量方法。

背景技术

多普勒激光雷达测风技术是一种新兴技术，相比多普勒微波雷达它有着测量精度高、 时空分辨率高的优势。已有的多普勒激光雷达主要包括中央控制与数据处理单元、激光 器、光学扫描装置、望远镜、多普勒频率移动鉴别器以及信号采集与数据处理器，其中 重要且价格昂贵的是激光器、多普勒频率移动鉴别器和信号采集与数据处理器。风场是 具有三个独立分量的矢量，目前应用一部多普勒激光雷达测量大气风场必须基于同一平 面内局部风场均匀的假设条件。但这个风场均匀性的约束条件不总是成立的，这将导致 测量出的风场与实际的风场不一致。故而出现了两部乃至多部多普勒激光雷达联合测量 风场。首先每部多普勒激光雷达分别对同一区域测量，然后将同一点测量的速度矢量合 成为实际风速。显然，使用两部或多部多普勒激光雷达测量风场的不但成本高昂，也大 大限制其广泛普及。

发明内容

本发明的目的是提供一种准双多普勒激光雷达测量装置及其测量方法，以弥补现有 技术的不足。

本发明是在已有的一部多普勒激光雷达的基础上，专门设计一种光学收发装置；光 学收发装置协同多普勒激光雷达工作，在测量功能上实现两部多普勒激光雷达测量目标 区的风场，达到测量精度高且成本低的目的。

本发明包括一部带有光学扫描装置的多普勒激光雷达，其特征在于它还包括受伺服 装置控制的带有转镜、水平转镜和垂直转镜的光学收发装置；多普勒激光雷达和光学收 发装置距离在1.5千米到3千米范围内。伺服装置和多普勒激光雷达通过无线网络传输 指令和状态信息；其光学收发装置的转镜将先接收来自多普勒激光雷达的探测光束、并 反射到水平转镜后经由垂直转镜的中心发射到目标区，目标区的散射光信号凭借收发装 置的垂直转镜，水平转镜和转镜返回到多普勒激光雷达的光学扫描装置上；目标区的散 射光信号凭借收发装置的垂直转镜，水平转镜和转镜返回到多普勒激光雷达的光学扫描 装置上。

上述光学收发装置包括壳体内固定在传动轴上并受俯仰电机啮合带动的转镜，该壳 体下部固定的齿轮座落在底座上并与底座滑动连接，该齿轮与固定在底座一侧的方位电 机相啮合而水平转动；承载体底部固定有底座和伺服装置，承载体顶部承载着水平转动 壳体；固定在承载体一侧的方位步进电机啮合带动该壳体下方的圆环形方位齿轮，方位 齿轮底部和承载体滑动连接；水平转动壳体左侧的转镜座上固定有与水平面呈45度夹角 的水平转镜，该壳体右侧底部的俯仰步进电机和垂直转动壳体内左侧的俯仰齿轮啮合； 转镜中心，水平转镜中心以及方位齿轮中心在同一直线上；水平转动壳体与垂直转动壳 体以滑环滑动连接，垂直转镜固定在垂直转动壳体右侧内的垂直转镜座上；垂直转镜与 该垂直转镜和水平转镜的中心连线呈45度夹角。

本发明的测量风场的方法是：首先利用多普勒激光雷达上的光学扫描装置发射探测 光束到目标区并且获取该目标区各点的径向风矢量，然后多普勒激光雷达上的光学扫描 装置将该探测光束传给光学收发装置；光学收发装置将接收到的探测光束经由水平转镜 与垂直转镜发送到目标区域，并将目标区散射的光学信号返回至多普勒激光雷达，以再 次获取该目标区各点径向风矢量；最后目标区内各点的风速由两次测量的径向风矢量按 照平行四边形法则矢量合成得到。

本发明测量风场利用了同一点的两个不同方向的风矢量来合成风场，其测量结果比 单部雷达在假设风场均匀之条件下测量出的结果更接近于实际情况；并且本发明的成本 显著低于两部多普勒激光雷达的测量装置，测量方便，精度高。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图。

图2是本发明的光学收发装置的总体结构示意图。

其中，1多普勒激光雷达，2光学扫描装置，3光学收发装置，4转镜，5传动轴，6 水平转镜，7垂直转镜，8伺服装置，9壳体，10齿轮，11底座，12方位电机，13俯仰 电机，14承载体，15方位步进电机，16方位齿轮，17转镜座，18水平转动壳体，19 俯仰步进电机，20滑环，21俯仰齿轮22，垂直转动壳体，23垂直转镜座，24目标区。 实线箭头表示激光探测光束的传播方向，虚线箭头表示目标区散射光信号传播方向。

具体实施方式