[发明专利]多普勒测风激光雷达灵敏度标定系统及其标定方法

说明书

技术领域

本发明属于激光雷达技术领域，具体涉及一种多普勒测风激光雷达灵敏度标定系统，本发明还涉及采用该标定系统进行标定的方法。

背景技术

大气风场的测量有助于研究行星尺度动力学、天气尺度动力学以及中小尺度天气系统动力学。精确地观测大气风场对于提高天气预报、风暴预报的准确性、改善气候模型的准确性具有重要的意义。同时，精确地观测大气风场对于军事气象和环境预报、提高航空航天保障也具有十分重要的意义。

激光雷达作为一种主动遥感探测工具已广泛用于激光大气传输、全球气候预测、气溶胶辐射效应及大气环境等研究领域。近些年来，测风激光雷达在国内外得到了飞速的发展。测风激光雷达可以实时监测大气湍流场的变化，探测强切变风场，不仅可以准确提供风廓线数据，还可以改进现有风预报的精度。

多普勒测风激光雷达的工作方式主要可分为相干（外差检测）和非相干（直接检测）测量。相干测量主要利用气溶胶或大粒子的散射信号，适用于低层大气风廓线探测，而在气溶胶浓度很低的清洁大气和中高空很难获得大气风速信息。

非相干探测方法可以同时利用大气气溶胶和分子散射信号，属于能量检测，其适用范围较广，适合对流层到平流层的风廓线探测。通常，非相干多普勒测风雷达主要采用的多普勒鉴频技术包括：Fabry-Perot（F-P）边缘检测及原子滤波器鉴频（单边缘或双边缘）技术以及干涉条纹图像检测技术等。

但是，对于多普勒测风激光雷达系统而言，由于风速瞬时变化很快，且不同区域的风速也不相同，因此其时空变化非常复杂和迅速。因此，对测风激光雷达系统进行标定时，无论采用传统的无线电探空气球、风廓线雷达、声雷达，还是其他测风手段进行比对，都无法获得与激光雷达系统同步的实时风场信息，这就使得测风激光雷达的系统标定比较困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种多普勒测风激光雷达灵敏度标定系统，解决了现有的测风激光雷达系统标定困难，无法获得与激光雷达系统同步的实时风场信息的问题。

本发明的另一目的是提供一种上述系统的标定方法。

本发明所采用的技术方案是，一种多普勒测风激光雷达灵敏度标定系统，包括脉冲激光器，脉冲激光器的出射光侧设置有分束镜a，分束镜a的一条光路上依次设置有透镜a、光纤、透镜b、透镜c、旋转体，旋转体上设置有速度传感器，透镜c的另一侧依次设置有反射镜b、透镜d；分束镜a的另一条光路上依次设置有反射镜a、反射镜b及透镜d。

本发明所采用的另一技术方案是，一种多普勒测风激光雷达灵敏度标定方法，采用一种标定系统，该系统的结构是：包括脉冲激光器，脉冲激光器的出射光侧设置有分束镜a，分束镜a的一条光路上依次设置有透镜a、光纤、透镜b、透镜c、旋转体，旋转体上设置有速度传感器，透镜c的另一侧依次设置有反射镜b、透镜d；分束镜a的另一条光路上依次设置有反射镜a、反射镜b及透镜d，

具体按照以下步骤实施：

步骤1：脉冲激光器射出激光束，经过分束镜a分成两束，其中一路光束通过透镜a后，耦合进入光纤，传输至透镜b会聚后，沿切线方向入射到旋转体上，旋转体的入射边沿处产生包含多普勒频移信息的后向散射光信号，该后向散射光信号经过透镜c后由反射镜b反射，被透镜d聚焦后耦合进分光系统，该路光束为标定光；

另一路光束通过反射镜a反射后，反射光穿过反射镜b的中心小孔后，被透镜d聚焦后耦合进分光系统，该路光束为参考光；

步骤2：根据步骤1得到的标定光和参考光的信号强度，结合旋转体的速度反演便得到多普勒测风激光雷达系统的速度灵敏度，完成对多普勒测风雷达系统的标定。

本发明的特点还在于，

其中的步骤2根据步骤1得到的标定光和参考光的信号强度，结合旋转体的速度便反演得到多普勒测风激光雷达系统的速度灵敏度，完成对多普勒测风雷达系统的标定，采用一种分光装置，包括依次设置的透镜e及分束镜b，分束镜b的一路依次设置有分光系统、透镜f、光电探测部件a及数据采集系统，分束镜b的另一路依次设置有透镜g、光电探测器件b及数据采集系统，具体按照以下步骤实施：

a.步骤1得到的由旋转体产生的包含多普勒频移信息的标定光及参考光经过透镜e会聚后，被分束镜分成两路光束，一路光束经分光系统分光处理，并被透镜f会聚，由光电探测部件a接收，光电探测部件a输出电信号给数据采集系统，此为通道a；另一路光束被透镜g会聚，被光电探测部件b检测，光电探测部件b输出电信号给数据采集系统，此为通道b；