[发明专利]一种混合式多普勒激光雷达及其使用方法

说明书

本发明涉及一种混合式多普勒激光雷达及其使用方法，包括：激光光源，光学分束器，光学调制器，光学放大器，环形器，光学收发单元，平衡探测器，信号采集装置和计算机，其中光学收发单元包括脉冲光路和连续光路两部分，交替发射脉冲光和连续光进行探测。本发明的多普勒激光雷达探测盲区小，而且操作简单，不用调焦，探测速度快且秒级有效数据多。

技术领域

本发明涉及多普勒激光雷达技术领域，特别涉及多普勒激光雷达中多模式探测的设备和方法。

背景技术

多普勒激光雷达具有安装简单、精度高和功耗低等优点，其在风电、民航等领域已取得了广泛的应用。多普勒激光雷达主要工作流程为：首先，由激光器产生单色、相干的信号光，并通过望远镜发射到大气中；然后，由望远镜接收气溶胶后向散射信号，在平衡探测器中与本振光混频至中频信号；最后，采用信号处理装置处理得到气溶胶的多普勒信息，并进一步由数据处理模块得到气象情况的反演结果。

常见的多普勒激光雷达有两种工作模式，分别为DBS(Doppler Beam Swinging)模式和VAD(Velocity Azimuth Display)模式。DBS模式多采用脉冲信号的形式，由激光发射单元发射连续激光，声光调制器斩波、移频至脉冲激光，进入放大器后放大。通过环形器进入光收发单元，光收发单元将光束发射以不同方向角发射到探测空间中，不同高度的回波信号反向沿着相同的光路经环形器进入探测器。VAD模式多采用连续光的形式：由激光发射单元发射连续激光，经放大器放大，再由环形器进入光收发单元，光收发单元中包括聚焦透镜，调节发射光的聚焦位置，焦点处的回波信号沿着相同的光路返回经环形器进入探测器。

然而，两种测量模式均存在一定的测量盲区，采用DBS脉冲体制，探测距离为几十米(通常为50米)-几千米，即存在近距离盲区，但一次测量可以获得一系列不同范围处的多普勒测量结果，测量效率高。而采用VAD模式连续波体制的多普勒激光雷达，探测距离通常为100m以内，范围分辨率在1m以内，但每个高度需要重新调焦，数据采集速率慢，秒级有效数据少。

发明内容

有鉴于此，针对现有存在的上述技术问题，希望获得一种既不受探测盲区限制，又操作简单、不用调焦，且可以完整采集各空间范围数据的多普勒激光雷达。

本发明的技术方案即为一种混合式多普勒激光雷达，包括：激光光源1，光学分束器2，光学调制器3，光学放大器4，环形器5，光学收发单元6，探测器7，信号采集装置8和计算机9；激光光源1发出激光，经光学分束器2分为两束，其中一部分光作为信号光依次经过光学调制器3，光学放大器4，环形器5，光学收发单元6后发射出去；另一部分光作为本振光进入探测器7用于相干探测。回波信号通过光学收发单元6接收，再次通过环形器6进入探测器7，进行探测，探测结果经信号采集装置8采集并处理后进入计算机9；其中光学收发单元6包括光学切换元件61、光学收发镜头62和聚焦透镜64；所述光学切换元件61用于将入射的信号光交替切换至脉冲光路或连续光路，在所述脉冲光路中，信号光以不同方位角经光学收发镜头62出射至探测空间；在所述连续光路中，信号光经聚焦透镜64后出射至探测空间的某一高度处。

其中，所述光学调制器3和信号采集装置8受计算机9控制，均交替执行脉冲光或连续光的工作模式。所述光学调制器3，在脉冲光模式下，通过斩波将信号光调制为脉冲光；在连续光模式下，所述光学调制器3不斩波。所述信号采集装置8在脉冲光或连续光的工作模式下具备不同的积分时间和信号处理方式。

其中，光学收发单元6中，脉冲光模式光路中还包括光分配元件，光束以时分复用的形式分成若干束，经光收发镜头62发射到探测空间。

所述若干束需满足在探测空间同一高度上光束圆对称。

所述若干束为3束或4束。

所述光分配元件63为光开关或扫描镜。当所述光分配元件63为光开关时，所述光分配元件63与所述光学切换元件61为同一器件，受计算机9控制而时序上完成切换和分配。