[发明专利]一种双频线性调频相干测风激光雷达

说明书

本发明实施例公开了一种激光雷达系统，包括光源模块、调制光模块、发射接收模块、探测模块以及信号处理模块；通过对双波长激光光束经调制光模块进行线性调制转化为双频线性调频连续波激光光束；将其中一束光作为本振光光束，另一束光用于与探测目标相互作用的信号光，该信号光经探测目标散射回波信号；通过对本振光光束与回波信号进行相干拍频以获得双波长多普勒频移差值信息。本申请技术方案采用双波长线性调频激光，极大降低了非线性调频和大气湍流效应对测速分辨率的影响，实现了对探测目标同时进行测距测速，具有探测精度高、抗电磁干扰、无距离盲区等优点。

技术领域

本发明涉及雷达领域，特别是涉及一种双频线性调频相干测风激光雷达。

背景技术

随着光学技术的发展，激光雷达由于其方向性好、时间分辨率和空间分辨率高、精度高、非接触测量等优势，在导航、航天、气象要素测量与大气环境监测等领域发展迅速，应用广泛。

激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，主要由激光发射机、光学接收机和信息处理系统等组成。通过向目标发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行相应处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而实现对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。

双频相干激光雷达是一种通过相干拍频检测双波长多普勒频移的差异反演被测目标速度的雷达体制，需提取信息从多普勒频移转变为多普勒频移差值，抑制了由散斑噪声造成的多普勒频移谱线展宽，极大降低了大气湍流引起的散斑噪声对测速分辨率的影响，并将信号处理环节从光路部分转变为技术成熟的电路部分。可实现近距离或远距离精确测速，在远程或便携式探测，大气遥感等领域有很大的应用潜能。但双频相干激光雷达难以实现同时测距测速。另一方面，传统激光雷达应用线性调频技术后距离分辨力极高，在近距离精密探测、三维距离成像和太空舱自主安全软着陆中有重要应用，但非线性调频和大气湍流效应严重影响了其系统实际测距分辨率和测速分辨率。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种双频线性调频相干测风激光雷达，可同时实现对被测目标测距测速、并极大降低非线性扫频和大气湍流效应对测速分辨率的影响，距离分辨力和速度分辨力高，抗电磁干扰且无距离盲区。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：

本发明实施例提供了一种双频线性调频相干测风激光雷达，包括：

光源模块、调制光模块、发射接收模块、探测模块以及信号处理模块；

其中，所述光源模块用于出射预设波长的双波长激光光束；

所述调制光模块用于对所述双波长激光光束进行线性调制，以出射双频线性调频连续波激光光束；

所述发射接收模块用于将所述双频线性调频连续波激光光束分为第一激光光束以及第二激光光束，所述第一激光光束入射至探测目标，所述第二激光光束作为本振光光束；并接收所述探测目标后向散射回波信号；

所述探测模块用于对所述本振光光束与所述回波信号进行光学拍频，以获得多普勒频移信息，同时将光信号转换成电信号；

所述信号处理模块用于对所述电信号进行微波拍频，以获得多普勒频移差值信息；

其中，所述调制光模块包括调制器及信号发生器；所述调制器用于对所述双波长激光光束进行线性调频；所述信号发生器与所述调制器相连，用于为所述调制器提供调制信号，且所述信号发生器为三角波信号发生器以产生三角波调制信息；

所述信号处理模块包括采集卡以及数据处理装置；所述采集卡与平衡探测器相连，用于采集信号；所述数据处理装置与所述采集卡相连，用于对所述电信号进行微波拍频，以获得双频多普勒频移差值信号，以此反演目标的距离与速度信息，以消除非线性调频效应产生的误差项。