[发明专利]用于测量不同高度风场的机舱式激光测风雷达

说明书

本发明公开了一种测量不同高度风场的机舱式激光测风雷达，该雷达包括：窄线宽种子光源模块、雷达收发光学天线模块和信号接收模块；窄线宽种子光源模块包括：输出线偏振连续激光的窄线宽种子光源、其输入端与窄线宽种子光源的输出端连接的光纤放大器，其输入端与光纤放大器的输出端连接的光纤环形器，以及，其输入端与光纤环形器的第一输出端连接的光开关。本发明的有益效果为：降低了雷达成本，增加雷达风场测量能力。

技术领域

本发明涉及雷达探测技术领域，具体涉及一种用于测量不同高度风场的机舱式激光测风雷达。

背景技术

现有的机舱式激光测风雷达产品是通过测量其安装高度上的风场，进而实现对风力发电机前方风场信息的测量，完成风机校准需求，但由于风力发电机前方风场的非均匀性，如何实现对风力发电机前方风场不同高度的风场测量，是目前亟需解决的技术问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种用于测量不同高度风场的机舱式激光测风雷达。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

本发明提供了一种机舱式激光测风雷达，该机舱式测风雷达包括：窄线宽种子光源模块、雷达收发光学天线模块和信号接收模块。

窄线宽种子光源模块包括：输出线偏振连续激光的窄线宽种子光源、其输入端与窄线宽种子光源的输出端连接的光纤放大器，其输入端与光纤放大器的输出端连接的光纤环形器，以及，其输入端与光纤环形器的第一输出端连接的光开关；雷达收发光学天线模块与光开关的输出端连接；窄线宽种子光源输出的线偏振连续激光经光纤放大器、光纤环形器进入光开关，光开关将进入其内部的线偏振连续激光切换到任意输出端口输出，并通过与该输出端口对应连接的光学天线发射出去；雷达收发光学天线模块包括偶数根光学天线，偶数根光学天线与光开关的多个输出端口连接；每两根光学天线为一组，每组光学天线射出的两道测量光束以相对于水平方向成一固定的夹角的方式射出，各组光学天线射出的测量光束形成的聚焦位置到雷达收发光学天线模块的水平距离彼此相同，但各聚焦位置到地面的垂直高度不相同；信号接收模块与光纤环形器的第二输出端连接，从光纤环形器接收合束后的本振光和多普勒频移回波信号以用于信号处理模块计算聚焦位置处的风速和风向信息。

优选地，窄线宽种子光源输出1.5μm波长的线偏振连续激光，光谱线宽小于200kHz，偏振态为线偏振，单模保偏光纤输出，输出光功率为1—100mW。

优选地，窄线宽种子光源是单频窄线宽半导体激光器，或DBR/DFB光纤激光器，或带尾纤输出的固体激光器。

优选地，光纤放大器为单模光纤放大器、双包层光纤放大器或两者组合构成的多级光纤放大器。

优选地，光纤环形器为三端口光纤，光开关的输入端与光纤环形器的用作第一端口的光纤采用熔接的方式进行连接；和/或，光开关的输出光束平均功率大于400mW。

优选地，信号接收模块包括其输入端与光纤环形器的第二输出端口连接的探测器，机舱式激光测风雷达还包括与探测器连接的信号处理模块，以及与信号处理模块连接的嵌入式计算机；探测器接收合束后的本振光和多普勒频移回波信号，并输出电外差信号至信号处理模块；信号处理模块对接收到的电外差信号进行处理，得到多普勒频率；嵌入式计算机根据得到的多普勒频率计算聚焦位置处的风速和风向信息。

优选地，探测器为带光纤FC法兰的雪崩光电探测器。

优选地，信号处理模块包括去噪单元、对数信号放大器和多普勒频率计算单元；去噪单元用于去除电外差信号中的随机噪声；对数信号放大器用于对去噪后的电外差信号进行放大；多普勒频率计算单元通过多次采集放大后的电外差信号，并根据采集的电外差信号计算多普勒频率。

优选地，去除电外差信号中的随机噪声，具体为：