[发明专利]一种直接探测多普勒激光雷达的快速校准系统和方法

说明书

技术领域

本发明属于直接探测测风激光雷达技术领域，具体涉及一种直接探测多普勒激光雷达的快速校准系统和方法。

背景技术

现有的直接探测测风激光雷达系统的校准方法主要有以下几种：

中国科学技术大学的直接探测多普勒激光雷达在校准过程中采用改变标准具腔长的方式来扫描透过率曲线，从而达到校准目的。由（式中δ为光程差，n为折射率，l为标准具腔长，θ＝0°是入射光与标准具反射表面法线的夹角，λ是入射光波长，ν是入射光频率，c是光速，m是条纹级数）知，如果ν变小的同时l变大，可以保持第m级条纹不变，所以通过改变腔长l，保持入射光频率ν不变，透过率会随l的变化而变化；通过对上式求微分，保持m不变，所以右端为零，可以得到：最终可得所以扫描标准具腔长时，腔长改变与透过率曲线频率移动的关系为Δv=-vl·Δl.]]>

Haute Provence天文台（法国）的Rayleigh-Mie多普勒雷达通过改变标准具腔体内的压强进而改变腔内折射率的方式来扫描透过率。由知，在l不变的情况下，如果ν变小的同时n变大，可以保持第m级条纹不变，所以通过改变腔内折射率n，保持入射光频率ν不变，透过率会随折射率的变化而变化；通过对上式求微分，保持m不变，所以右端为零，可以得到：最终可得所以扫描腔内折射率n时，折射率改变与频率移动的关系为

作为由欧洲宇航局（ESA）发起的星载多普勒激光雷达项目的一部分，德国宇航局研制的A2D机载激光雷达通过改变激光器出射激光的频率来扫描透过率。但扫描激光器出射频率时，激光频率不够稳定，会引起校准和测风误差。该系统为了解决此问题，采用了QBUT（Q-switch build-up time）最小化方法来稳定激光频率，并增加一个激光器作为频率参考，通过相干拍频技术来测量频率移动的精确性。

现有的三种校准方法有以下缺点：扫描标准具腔长和扫描折射率的方法，在扫描过程中，由于标准具腔长或者折射率的改变会引起透过率半高宽FWHM的微小变化，所以会带来校准误差；扫描折射率的方法，由于扫描过程中需要对标准具腔内加压或者减压，这是一个缓慢的过程，所以扫描速度很慢；扫描激光器出射激光频率的方法，由于还要另加一个激光器作为参考光与出射激光进行拍频进而检测和稳定激光频率，所以需要复杂的光路结构、光学器件和稳频方法来稳定激光频率，才能将入射到标准具内的激光频率的抖动带来的校准误差控制在可接受的范围内。

发明内容

现有的直接探测多普勒激光雷达的校准方法中，扫描标准具腔长或者折射率的方法，在扫描过程中，标准具腔长或者折射率的改变会引起透过率半高宽FWHM的微小变化；扫描折射率的方法由于需要通过改变腔内气压来实现，所以扫描速度很慢；扫描激光器出射激光频率的方法，由于利用了两个激光器的出射光进行拍频进而检测和稳定激光频率，所以实现起来比较复杂和高成本。本发明采用的扫描入射到标准具内的激光频率的方法，主要需要解决的技术问题是：现有的扫描激光频率方法需要较为复杂和高成本的稳频技术；扫描腔长或折射率的方法会导致半高宽FWHM的变化；扫描腔长或折射率的速度很慢。