[发明专利]一种实时大动态多普勒测速激光雷达的装置及方法

权利要求书

1.一种实时大动态激光多普勒测速激光雷达装置，其特征在于，所述装置包括：依次光纤连接的种子激光器组(1)、第一合束器(2)、分束器(3)、第一波分复用器(4)、调制器组(5)、第二合束器(6)、光纤放大器(7)、环形器(8)、第二波分复用器(9)和光学镜头组(10)；

所述分束器(3)还与耦合器(12)、平衡光电探测器(13)依次光纤连接；环形器(8)与耦合器(12)光纤连接；

所述第一波分复用器(4)输出端与所述调制器组(5)中的各调制器一一对应连接；所述第二波分复用器(9)的各输出端与所述光学镜头组(7)中的各光学镜头一一对应连接；

信号处理模块(14)与所述调制器组(5)以及平衡光电探测器(13)电连接；

所述种子激光器组(1)至少包含2只激光器，发射窄线宽激光，线宽范围为100Hz～1MHz，不同激光器发射激光波长或频率间隔满足波分复用器信道间隔要求。

2.根据权利要求1所述的一种实时大动态激光多普勒测速激光雷达装置，其特征在于，所述装置还包括光衰减器(11)，所述光衰减器(11)设置于所述分束器(3)与耦合器(12)之间，通过光纤分别与所述分束器(3)、所述耦合器(12)相连。

3.根据权利要求1所述的一种实时大动态激光多普勒测速激光雷达装置，其特征在于，所述调制器组(5)包括至少两个调制器；所述调制器为声光调制器或电光调制器。

4.根据权利要求3所述的一种实时大动态激光多普勒测速激光雷达装置，其特征在于，当所述调制器为电光调制器时，选用相位调制器，或者强度调制器。

5.根据权利要求4所述的一种实时大动态激光多普勒测速激光雷达装置，其特征在于，所述强度调制器选用马赫增德型或基于马赫增德型的级联、并联、正交或其他变形结构。

6.一种实现实时大动态多普勒测速的方法，采用权利要求1－5任意一项所述的一种实时大动态激光多普勒测速激光雷达装置，其特征在于，包括如下步骤：

种子激光器组(1)发射多束激光，经第一合束器(2)混合为1路光信号，经分束器(3)分成信号光和本振光，本振光进入耦合器(12)，信号光经第一波分复用器(4)分成多束波长不同的激光，分别进入对应的调制器进行移频及脉冲调制，调制后的信号经第二合束器(6)混合为1路光信号，进入光纤放大器(7)进行信号放大，随后进入环形器(8)，经第二波分复用器(9)分成多束波长不同的激光信号分别进入对应的光学镜头，光学镜头将信号激光发射到空气中，并接收大气气溶胶粒子的后向散射信号，各光学镜头接收到的后向散射信号经第二波分复用器(9)合波后混合成1路散射信号，经环形器(8)后进入耦合器(12)，与本振光信号进行外差干涉，外差干涉信号由平衡探测器(13)探测并输出中频电信号，信号处理模块(14)采集中频电信号并对采集数据进行处理；

信号处理模块(14)控制加载到调制器组5上的多个调制信号，使不同波长的光信号产生不同的频移量，并对采集的中频信号进行FFT运算，得到对应幅度谱，所述幅度谱包括与调制信号数量对应的频率信号；通过闭环控制加载到调制器组(5)上的调制信号频率大小，使幅度谱上的频率信号的频率值稳定在固定的频率工作点上；此时，根据加载到调制器组(5)上的调制信号频率分别包含的多个不同激光视线方向多普勒速度的频率信息，计算出多个不同激光视线方向的多普勒频移量，从而计算出视线方向速度大小，进一步可以反演出三轴的速度分量、速度大小和方向信息。