[发明专利]基于沙姆定律的相关法连续光测风雷达系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及雷达测风速的研究领域，特别涉及一种基于沙姆定律的相关法连续光测风雷达系统。

背景技术

所谓沙姆定律就是当被摄体平面、影像平面、镜头平面这三个面的延长面相交于一直线时，即可得到全面清晰的影像。利用沙姆定律拍摄，从近处的小草沙砾，到最远处的山石灌木都能确保纤毫毕现，这对于普通的照相机和镜头而言，即使是最小光圈也无法做到。而对于古老而灵活的大画幅相机而言，只要三个平面汇聚在一起，即使是最大光圈，也依然可以获得极大的清晰范围。

沙姆定律是高端摄影中非常重要的一个定律，通过对该定律的理解，我们可以在大光圈的情况下获得极大的景深。

发明内容

1、本发明的目的。

本发明基于现有的脉冲式测风激光雷达系统对于发射光源光谱宽度的严格要求、体积庞大、造价昂贵等问题，而提出的一种基于沙姆定律的相关法连续光测风雷达系统。

2、本发明所采用的技术方案。

本发明提出的一种基于沙姆定律的相关法连续光测风雷达系统，包括第一光源，第二光源，第一发射装置，第二发射装置，接收装置，分光镜，第一探测器，第二探测器；第一光源和第二光源分别通过第一发射装置和第二发射装置发射出激光束，激光束通过大气气溶胶的后向散射光信号被接收装置接收后，通过分光镜分束，分别成像在第一探测器和第二探测器；第一探测器与接收装置成大约45°角，第二探测器与接收装置成大约135°角。

更进一步具体实施方式中，还包括处理器第一光源和第二光源分别相连。

更进一步具体实施方式中，还包括支架、运动机构。

更进一步具体实施方式中，第一发射装置、第二发射装置与接收装置的距离为810mm。

更进一步具体实施方式中，所述的分光镜为半透半反镜。

更进一步具体实施方式中，所述的接收装置为反射式牛顿望远镜。

更进一步具体实施方式中，使用所述的装置，基于沙姆定律进行定位，目标距离与第一探测器和第二探测器上的像素点一一对应；

处理器处理图像信息和调制光源通断；

通过距离变化量与时间变化量的比值得到沿光束方向的风速，光束间形成平面的风速需通过相关法识别出特定气溶胶的移动从而通过距离和相隔时间得出风速，即风速的计算公式为v=Δr/Δt，其中Δr为距离变化量，Δt为时间变化量。

3、本发明的有益效果。

（1）本发明基于沙姆定律的激光雷达属于连续光激光雷达，测距方式基于像素位置与距离的对应关系而不是飞行时间法，因此系统不再受限于脉冲激光器的体积及成本。

（2）本发明基于相关法的测风雷达不同于基于多普勒频移的测风雷达，后者对发射光源的光谱宽度有较高的要求，并且还需要在接收系统中设计一个处理多普勒频移量的设备，而相关法测风速激光雷达只是基于回波信号的强度来反演风速，对光源没有苛刻的要求，可以使用廉价的高功率激光二极管作为光源。因此基于沙姆定律的相关法测风激光雷达系统结构更加紧凑，价格低廉，可以实现二维风场甚至三维风场的测量。

附图说明

图1 基于沙姆定律的相关法测风激光雷达系统结构示意图。

图2 基于沙姆定律的相关法测风激光雷达系统结构侧视图。

第一光源1，第二光源2，第一发射装置3，第二发射装置4，接收装置5，分光镜6，第一探测器7，第二探测器8，处理器9，支架10，运动机构11。

具体实施方式

实施例1

图1是本发明专利的测风激光雷达系统的结构示意图，图1是俯视图，图2是侧视图。第一光源1和第二光源2为激光器（808nm，3W LD）分别通过第一发射装置3，第二发射装置4即发射望远镜（150/600mm）扩束发射出激光束，激光束通过大气气溶胶的后向散射被接收装置5即反射式牛顿望远镜（200/800mm）接收。第一发射装置3和第二发射装置与反射式牛顿望远镜的距离为810mm。光信号通过分光镜6即半透半反镜分束，分别成像在第一探测器7和第二探测器8即两个面阵CCD上，面阵CCD和接收望远镜成大约45°角。

本发明所采用的测风速的方法：定位原理基于沙姆定律，目标距离与CCD上的像素点一一对应。接收CCD通过固定的FPS（30.46）得到的图像数据经由处理器9处理，计算机还可控制调制激光器的通断。10为支架，11为固定装置。沿光束方向的风速可以通过距离变化量与时间变化量的比值得到，光束间形成平面的风速需通过相关法识别出特定气溶胶的移动从而通过距离和相隔时间得出风速。风速的计算公式为v=Δr/Δt，其中Δr为距离变化量，Δt为时间变化量。