[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

说明书

本发明属于激光雷达技术领域，具体涉及一种实时大动态多普勒测速激光雷达的装置及方法。通过采用波分复用、频谱复用以及闭环反馈调制控制等方法，同时实现多个视线方向的速度测量。本发明的优点是避开使用转镜及光开关实现光束空间扫描带来的实时性差以及大速度范围测量带来的高速信号采集及处理难度大等问题，同时采用单通道探测及数据采集，节省探测和采集硬件成本及功耗。

技术领域

本发明属于激光雷达技术领域，具体涉及一种实时大动态多普勒测速激光雷达的装置及方法。

背景技术

多普勒测速激光雷达广泛应用于工业加工及监测、气象研究及监测、航空航天安全保障等领域，通常需要测量两个以上方向的速度，从而反演出三轴速度、风速、风向等参数。以测风激光雷达为例，传统方法采用楔形棱镜旋转扫描、光开关等实现光束在空间的扫描，实现不同视线方向风速的测量，从而反演出风场信息。然而，在机载等高速运动平台应用时，或风场急剧变化的环境下，采用转镜扫描或光开关扫描的方案时效性差，不能准确获取风场信息。

为实现风场的快速测量，可采用信号并行产生、采样及解算的方案，但这种方法往往体积大、功耗及成本高。此外对于高速平台测速，往往多普勒频移量很大，若直接采样，需要GHz以上的高速AD进行采样和量化，这样将产生大量的数据需要处理，数据采集及处理带来功耗大，数据处理难度大。

专利CN 107003411A公开了一种激光雷达装置，采用多波长光震荡部产生多束不同波长的激光，分别进行不同频率的移频并使用分波合波器将不同波长的激光导向不同的视线方向，避免了光束扫描带来的问题，可同时测量多个视线方向风速，但该系统由于频谱复用，多普勒频移范围小，难以实现大速度范围的测量。

发明内容

本发明的目的：提出一种实时大动态多普勒测速激光雷达的装置及方法，通过采用波分复用、频谱复用以及闭环反馈调制控制等方法，实现多个视线方向速度的测量，从而反演出速度。避开使用转镜及光开关实现光束空间扫描带来的实时性差以及大速度平台测风带来的高速信号采集及处理难度大等问题。

本发明的技术方案：

为了实现上述发明目的，根据本发明的第一方面，提供一种实时大动态激光多普勒测速激光雷达装置，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。

在一个可能的实施例中，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。

在一个可能的实施例中，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。

在一个可能的实施例中，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。

在一个可能的实施例中，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。

根据本发明的第二方面，提供一种实现实时大动态多普勒测速的方法，采用上述的一种实时大动态激光多普勒测速激光雷达装置，包括如下步骤：